Expression of an anti-aggregant tau mutant (TauRD/ΔK280PP) is neuroprotective in organotypic hippocampal slice cultures

Abstract

Tau protein is a key factor in the pathogenesis of Alzheimer disease and other neurodegenerative diseases. A number of transgenic mouse models have been generated in order to elucidate the role of Tau in disease progression. In the present study, transgenic organotypic hippocampal slice cultures (OHSC) were used to investigate the changes in the hippocampus of transgenic mice induced by overexpression of the anti-aggregant Tau repeat domain (TauRDΔ-PP). The slice cultures were prepared from inducible anti-aggregant TauRDΔ-PP mice at days P8-P10 and kept in culture for 4 weeks. A sensitive bioluminescence reporter gene assay (luciferase) was used to monitor the expression of the Tau transgene over time and in different hippocampal subregions. The expression of anti-aggregant TauRDΔ-PP leads to a larger volume of the hippocampus at young age due to neurogenesis, which was confirmed by an increase of neuronal number as determined by stereology. The number of astrocytes did not change, whereas the number of microglia was reduced. Increased BrdU incorporation demonstrated a strong proliferation of neural stem cells and immunostaining for Ki67, doublecortin (DCX), and NeuN showed that most stem cells differentiated into mature neurons. There were no signs of activation of microglia and astrocytes, indicating the absence of an inflammatory reaction. The density of dendritic spines was unchanged during the whole culturing period. Expression of anti-aggregant TauRDΔ-PP also leads to a 50% higher level of endogenous Tau and this increase was independent of the increase in the total number of neurons in the anti-aggregant TauRDΔ-PP mice. Investigation of signaling pathways showed that Wnt-5a was strongly decreased whereas GSK3β was activated. The data suggest that the expression of anti-aggregant TauRDΔ-PP enhances hippocampal neurogenesis mediated by a Wnt signaling pathway, without an inflammatory reaction.

Tau-Protein ist ein Schlüsselelement bei der Entstehung der Alzheimerkrankheit und anderer neurodegenerativer Erkrankungen. Verschiedene Autoren haben transgene Mausmodelle hergestellt, um die Rolle vom Tau-Protein im Krankheitsprozess zu untersuchen. In der hier vorgelegten Arbeit wurden organotypische Hirnschnitte verwendet, um Änderungen im Hippocampus von transgenen Mäusen zu untersuchen, die durch Überexpression des anti-aggreganten Tau Proteins TauRDΔ-PP hervorgerufen wurden. Die organotypischen Hirnschnitte wurden aus dem Hippocampus von 8- bis 10-Tage alten induzierbaren TauRDΔ-PP–Mäusen präpariert und für vier Wochen in Kultur gehalten. Mit Hilfe eines sensitiven Reportergen-Assays (Luciferase) konnte die Expression des transgene Tau-Proteins über die Zeit in den verschiedenen Hippocampus-Regionen verfolgt werden. Die Expression von TauRDΔ-PP führte zu einer Volumenvergrößerung des Hippocampus durch Neurogenese, was durch eine erhöhte Anzahl von Neuronen in der stereologischen Untersuchung bestätigt wurde. Die Anzahl an Astrozyten blieb unverändert, während die Anzahl der Mikroglia reduziert war. Ein erhöhter Einbau von Bromdesoxyuridin wies auf eine stark erhöhte Proliferation von neuronalen Stammzellen hin. Die immunhistochemische Identifizierung von Ki67, Doublecortin und NeuN bestätigte, dass die meisten Stammzellen zu reifen Neuronen differenzierten. Über den gesamten Zeitraum der in vitro Kultivierung blieb die Dichte der dendritischen Dornenfortsätze unverändert. Die Expression von TauRDΔ-PP führte außerdem zu einem 50% Anstieg des endogenen Tau Proteins. Untersuchungen von Signalwegen zeigten eine Reduzierung von Wnt-5a, während gleichzeitig GSK3β aktiviert war. Diese Daten zeigen, dass die Expression von TauRDΔ-PP die hippocampale Neurogenese über einen Wnt-abhängigen Signalweg verstärkt, ohne jedoch zu einer entzündlichen Reaktion zu führen.