α-Sekretase-Aktivierung in vivo durch PACAP

Projektdetails:

Thematik:	Prävention und Therapie
Förderstatus:	abgeschlossen
Art der Förderung:	Research
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Fachbereich Chemie und Pharmazie
Projektleitung:	Dr. Elzbieta Kojro
Laufzeit:	01. November 2007 - 31. Oktober 2009
Fördersumme:	80.000,00 Euro

Projektbeschreibung

Die enzymatische Spaltung des Amyloid-Vorläuferproteins (Amyloid Precursor Proteins, APP) durch die α-Sekre­tase innerhalb der Aβ-Sequenz verhindert die Bildung amyloidogener Peptide und führt zur Freisetzung von löslichem APPsα, das neuroprotektive Eigenschaften hat. Daher könnte die Stimulation der a-Sekretase- aktivität eine positive Wirkung haben, und die pharmakologische Hochregulation der a-Sekretase wäre ein möglicher Ansatz zur Behandlung der Alzheimer-Demenz (AD).

Kürzlich entdeckten Dr. Elzbieta Kojro und ihre Mitarbeiter am Institut für Biochemie  der Universität Mainz, dass das Neuropeptid PACAP (pituitary adenylate cyclase-activating poly-peptide) als starker Aktivator der α-Sekretase wirkt; dieser Effekt wird über den in den Gehirnarealen Kortex und Hippokampus vorkommenden PAC1-Rezeptor vermittelt.

Vorhergehende in vivo Ergebnisse der Arbeitsgruppehaben gezeigt, dass die intranasale Applikation von PACAP bei jungen APP-transgenen Mäusen die Sekretion von neu­roprotektivem APPsα deutlich steigerte und die Produktion löslicher Aβ-Peptide ver­ringerte.

Hauptziel der Arbeit von Kojro und ihren Mitarbeitern ist es jetzt, zu prüfen, ob die Behandlung mit PACAP einen nützlichen Ansatz für die Alzheimer-Therapie darstellt. Der Erfolg der PACAP-Behandlung wird überprüft, indem der APP-Metabolismus, die Plaquebildung und Verbesserungen der kognitiven Fähigkeiten bei transgenen Mäusen untersucht werden.

Zwischenbericht Jahr 1

Die Alzheimersche Erkrankung ist gekennzeichnet durch die Ablagerung von Amyloid β-Peptiden (Aβ) im Gehirn der Patienten. Die neurotoxische Wirkung von Aβ kann verhindert werden durch eine Aktivierung der α-Sekretase, die innerhalb der Sequenz von Aβ schneidet und zudem zur Freisetzung eines neuroprotektiven Fragments des Amyloid-Vorläufer-Proteins des APPsα führt. Ausgangspunkt für das Projekt war unser Befund, dass das Neuropeptid Pituitary Adenylate Cyclase Activating Polypeptide (PACAP) als ein potenter Aktivator in neuralen Zellen wirkt.

In transgenen Mausmodellen der Alzheimer Erkrankung wird während des Alterungsprozesses sowohl die α-Sekretase ADAM10 als auch ihr Aktivator PACAP herunterreguliert während nach unseren Befunden die Expression des Rezeptors für PACAP unverändert bleibt. Demzufolge konnten wir in transgenen Mausmodellen durch intranasale Applikation des Neuropeptids zu verschiedenen Zeitpunkten der Entwicklung (3 bzw. 9 Monate) die Aktivität der α-Sekretase erhöhen.

Durch Zusatz eines Absorptionsverstärkers (Chitosan) gelangte bei der intranasalen Applikation mehr PACAP in das Gehirn. Unsere ersten Verhaltenstests haben gezeigt, dass durch die Behandlung mit PACAP es zu einer Reduktion von kognitiven Defiziten in dem Alzheimer Mausmodell kommt.

Zwischenbericht Jahr 2

Das Hauptziel unseres Projektes bestand in der Untersuchung, ob eine Behandlung mit dem Hormon PACAP einen Therapieansatz der Alzheimer Krankheit bietet. Wir konnten zeigen, dass PACAP (pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide) ein wirksamer Aktivator des Enzyms a-Sekretase ist. Die a-Sekretase wirkt der Entstehung der Alzheimerdemenz schützend entgegen.

In Mäusen wurde untersucht, ob eine intranasale Gabe von PACAP die Ausbildung alzheimerrelevanter Veränderungen vermindert. Unsere Ergebnisse bestätigten diese Vermutung. Weiterhin fanden wir, dass auch andere das Gehirn schützende Proteinmoleküle in ihrer Menge deutlich erhöht waren., und dass das Lern- und Erinnerungsvermögen der Mäuse verbessert war.

Weiterhin haben wir den Wirkungsmechanismus von cholesterinsenkenden Medikamenten (Statine) auf die Aktivierung der a-Sekretase untersucht. Statine, sind als potentielle Therapeutika zur Prävention und Behandlung der Alzheimerdemenz beschrieben. Wir konnten zeigen, dass Statine hierbei ausschließlich über die Blockierung der Cholesterinneusynthese wirken, und dass hierfür therapeutisch relevante Statin-Konzentrationen ausreichen. Nach unseren Ergebnissen scheint es zur Prävention und Behandlung der Alzheimerdemenz auszureichen die Cholesterinmenge im Blut zu senken.

Abschlussbericht

Die Alzheimer Erkrankung ist eine neurodegenerative Erkrankung, die durch eine fortschreitende geistige Fehlfunktion gekennzeichnet ist. Es gibt derzeit keine effektive Behandlung dieser Krankheit. Da sich das Hormon PACAP und dessen Wirkungsort in Gehirnbereichen befinden, die bei der Alzheimer-Erkrankung betroffen sind, erforschten wir das Hormon PACAP zur Behandlung der Alzheimer-Krankheit.

Wir untersuchten die Auswirkungen einer langfristigen nasalen PACAP-Verabreichung auf das Gehirn von Mäusen mit Symptomen der Alzheimer-Krankheit. Diese Behandlung erhöhte die Menge von gehirnschützenden Proteinen und beeinflusste den Spiegel von anderen, bei der Alzheimer-Erkrankung, wichtigen Gene vorteilhaft.

Letztendlich verbesserte die PACAP Gabe die Gedächtnisleistung der behandelten Mäuse. Unsere Resultate verdeutlichen, dass die nasale Verabreichung eines Hormons einen möglichen therapeutischen Wert bei der Behandlung der Alzheimer-Erkrankung haben könnte.

Das Ergebnis unserer Untersuchungen auf dem Gebiet der biomedizinischen Grundlagenforschung ist für die vorklinische Anwendung von Bedeutung und könnte zukünftig zur Verbesserung des Gesundheitszustandes von älteren Menschen beitragen

Wissenschaftliche Publikationen auf Basis des geförderten Projekts

Metz, V.V., Kojro, E., Rat, D., Postina, R. (2012). Induction of RAGE shedding by activation of G protein-coupled receptors. PLOS ONE, (7)7:e41823.

Rat, D., Schmitt, U., Tippmann, F., Dewachter, I., Theunis, C., Wieczerzak, E., Postina, R., van Leuven, F., Fahrenholz, F., Kojro, E. (2011). Neuropeptide pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide (PACAP) slows down Alzheimer's disease-like pathology in amyloid precursor protein-transgenic mice. The FASEB Journal, 25(9):3208-18.

Kojro, E., Füger, P., Prinzen, C., Kanarek, A.M., Rat, D., Endres, K., Fahrenholz, F., Postina, R. (2010). Statins and the squalene synthase inhibitor zaragozic acid stimulate the non-amyloidogenic pathway of amyloid-beta protein precursor processing by suppression of cholesterol synthesis. Journal of Alzheimer’s Disease, 20(4):1215-31.

Kojro, E., Postina, R. (2009). Regulated proteolysis of RAGE and AbetaPP as possible link between type 2 diabetes mellitus and Alzheimer's disease. Journal of Alzheimer's Disease, 16(4):865-78.