COX-2 und die Zellzyklusaktivierung in Alzheimer-Neuronen
Projektdetails:
| Thematik: | Ursachenforschung |
|---|---|
| Förderstatus: | abgeschlossen |
| Art der Förderung: | Research |
| Institution: | Universität Leipzig Paul-Flechsig-Institut für Hirnforschung, Freie Universität Amsterdam |
| Projektleitung: | Prof. Dr. Thomas Arendt / Prof. Dr. Piet Eikelenboom |
| Laufzeit: | 01. November 2002 - 31. Oktober 2004 |
| Fördersumme: | 68.000,00 Euro |
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Projektbeschreibung
Entzündungsprozesse spielen bei der Alzheimerschen Erkrankung eine wichtige Rolle, da Entzündungsproteine mit Amyloidplaques in den Gehirnen von Patienten in Verbindung gebracht werden. Die Gruppe von Prof. Eikelenboom hat die Wirkung von nicht steroidalen antiinflammatorisch wirkenden Medikamenten (NSAIDs) bei Alzheimer untersucht. Offenbar werden die Angriffsziele der NSAIDs, die Enzyme Zyklooxygenase 1 und 2 (COX-1 und COX-2), in den Mikrogliazellen und Neuronen des Gehirns gebildet. Eine höhere Ausschüttung von COX-2 durch Neuronen kann bereits in einem frühen Stadium von Alzheimer beobachtet werden. In Zellstudien wurde nachgewiesen, dass NSAIDs und selektive COX-1- und COX-2-Hemmer die Funktionen von COX-1 und COX-2 wirkungsvoll unterdrücken können. Im Hinblick auf eine mögliche Behandlung von Patienten mit selektiven COX-2-Hemmern stellt sich die Frage, wie sich die COX-2-Hemmer auf andere Zellvorgänge auswirken.
Die Gruppe von Prof. Arendt hat die Rolle des Zellteilungsmechanismus bei der Alzheimer-Krankheit untersucht. Die Hinweise dafür häufen sich, dass bei dieser Erkrankung der Zellzyklus in Neuronen – einer Abfolge von Vorgängen zur Herstellung der für die Einleitung und Regulierung der Zellteilung erforderlichen Proteine – keine Steuerungsfunktion mehr besitzt. Wie Arendt und Kollegen nachgewiesen haben, treten einige dieser den Zellzyklus regulierenden Proteine bei Alzheimer verstärkt in Neuronen auf, was möglicherweise zur Bildung der für die Erkrankung typischen Neurofibrillenbündel beiträgt. Bisher ist noch ungeklärt, wodurch die Veränderungen im Zellzyklus in den Neuronen ausgelöst werden. Untersuchungen von Tumorzellen haben gezeigt, dass NSAIDs die Progression des Zellzyklus beeinflussen können und dass COX-2 hieran in irgendeiner Form beteiligt ist.
Neuere Untersuchungen, bei denen Eikelenboom und Arendt zusammen gearbeitet haben, weisen darauf hin, dass auch bei der Alzheimer-Krankheit ein Zusammenhang zwischen COX-2 und der Zellzyklusregulierung in Neuronen besteht.
Ein Teil der Studie wird sich mit der Erforschung der Expression von COX-2 und Regulaterproteinen des Zellzyklus im Gehirn verstorbener Alzheimer- und Kontrollpatienten befassen. Hierzu werden immunhistochemische Techniken eingesetzt.
Im anderen Teil der Studie wird untersucht, ob in den neuronalen Zellen ein direkter funktioneller Zusammenhang zwischen COX-2 und dem Zellzyklus besteht. Verwendet werden Zellen von Ratten und nervenzellenartige Tumorzellen. Ebenfalls erforscht werden soll die Wirkung selektiver COX-2-Inhibitoren.
Die Entschlüsselung der Verbindung zwischen COX-2 und dem Regulierungsmechanismus für den neuronalen Zellzyklus könnte Aufschluss geben über den Mechanismus des neuronalen Zelltodes bei Alzheimer sowie über die Wechselwirkung zwischen therapeutisch nutzbaren Substanzen, die auf die Entzündung und die Steuerung des Zellzyklus einwirken, und so mögliche Angriffspunkte für ein therapeutisches Eingreifen aufzeigen.
Abschlussbericht
The developmental structuring of brain requires a strict control of cell division within neuronal precursor populations. Progression through cell cycle is regulated by the sequential expression and activation of regulatory proteins like cyclins, cyclin dependent kinases (cdk) or cdk inhibitors (cdki). In postmitotic and terminally differentiated neurons, cell cycle activity is arrested by upregulation of cdkis. However, little is known about the expression pattern of cyclins, cdks and cdkis in the postnatal and adult brain. In the present study, we examined the localisation of cell cycle markers in the neocortex of prenatal, postnatal and adult mice by immunohisto- and biochemical methods. Cyclins, cdks and cdki were detected in neuronal nuclei as well as in the cytoplasmic compartment. Occasionally, immunoreactivity was also localized in dendrites of pyramidal neurons. In parallel to immunohistochemical studies, expression of cell cycle markers was verified by Western blotting. The present results indicate, that cell cycle arrest and terminal differentiation are not necessarily incompatible with the expression of cell cycle markers.
The expression of different cell cycle proteins in terminally differentiated neurons apparently precedes cell death or contributes to pathogenetic progression of Alzheimer's disease (AD). Cyclins and cyclin-dependent kinases (Cdks), physiologically involved in mitotic processes of proliferating cells, are elevated in neurons prone to dedifferentiation and degeneration. Previously, it was shown that even inhibitors of the Cdks as p16INK4up,1 8*o' or p27Kpta re expressed in neurons of AD patients, indicating a rather complete involvement of cell cycle machinery in affected neurons. The aim of this study was to examine the involvement of the nonclassical cyclin C in the pathogenetic process of AD. A marked elevated immunoreactivity of cyclin C was found both in neurons and astrocytes in AD.
Increased levels of cyclin C RNA were detected by ribonuclease protection assay (RPA) in severe AD cases. Colocalisation of cyclin C and its preferred binding partner, Cdk8, was only observed in astrocytes but not in neurons. The present observations suggest different cellular functions of cvclin C in neurons and astrocytes in AD.
Wissenschaftliche Publikationen auf Basis des geförderten Projekts
Hoozemans, J. J., Stieler, J., van Haastert, E. S., Veerhuis, R., Rozemuller, A. J., Baas, F., Eikelenboom, P., Arendt, T., and Scheper, W. (2006). The unfolded protein response affects neuronal cell cycle protein expression: Implications for alzheimer's disease pathogenesis. Experimental Gerontology, 41(4):380-386.
Ueberham U, Ueberham E, Gruschka H, Arendt T. (2006). Altered subcellular location of phosphorylated Smads in Alzheimer's disease. Eur J Neurosci, 24:2327-2334.
Ueberham U, Zobiak B, Ueberham E, Bruckner MK, Boriss H, Arendt T. (2006). Differentially expressed cortical genes contribute to perivascular deposition in transgenic mice with inducible neuron-specific expression of TGF-beta1. Int J Dev Neurosci, 24:177-186.
Hoozemans J.J., van Haastert E.S., Veerhuis R., Arendt T., Scheper W., Eikelenboom P., Rozemuller A.J. (2005). Maximal COX-2 and ppRb expression in neurons occurs during early Braak stages prior to the maximal activation of astrocytes and microglia in Alzheimer’s disease. J. Neuroinflammation, 21:2-27.
Schmetsdorf, S., Gärtner, U., and Arendt, T. (2005). Expression of cell cycle-related proteins in developing and adult mouse hippocampus. International Journal of Developmental Neuroscience, 23(1):101-112.
Ueberham, U., Arendt, T. (2005). The expression of cell cycle proteins in neurons and its relevance for Alzheimer’s disease. Curr.Drug.Targets CNS Neurol. Disord., 4(3):293-306.
Ueberham, U., Ueberham, E., Bruckner, M.K., Seeger, G., Gartner, U., Gruschka, H., Gebhardt, R., Arendt, T. (2005). Inducible neuronal expression of transgenic TGF-beta1 in vivo: dissection of short-term and long-term effects. Eur.J.Neurosci., 22(1):50-64.
Hoozemans, J. J. M., Veerhuis, R., Rozemuller, A. J. M., Arendt, T., and Eikelenboom, P. (2004). Neuronal cox-2 expression and phosphorylation of prb precede p38 mapk activation and neurofibrillary changes in ad temporal cortex. Neurobiology of Disease, 15(3):492-499.
