Einfluss der Apolipoprotein E-Isoformen auf den Lipidstoffwechsel muriner neuronaler Zellen (Mus musculus)

Abstract

Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurde die Aufnahme und das Recycling der Apolipoprotein E-Isoformen sowie der Einfluss dieses Vorgangs auf den intazellulären Cholesterolspiegel und die Prozessierung des Amyloid-Vorläuferproteins (APP) in neuronalen Zellen untersucht. Hierfür wurde zunächst ein neuronales Zellsystem selektiert und charakterisiert sowie geeignete Modell-Liganden isoliert. Die Untersuchung verschiedener neuronaler Zell-Linien im Hinblick auf das Vorhandensein von neuronal exprimierten Lipoproteinrezeptoren resultierte in der Auswahl der murinen neuronalen Zell-Linie HT-22, welche über die entsprechenden Rezeptoren verfügte. Wegen der limitierten biologischen Verfügbarkeit von Lipoproteinen aus dem Liquor cerebrospinalis (CSF-Lp) erfolgte alternativ eine Präparation von High-Density-Lipoproteinen (HDL) aus humanem Plasma. Die bio- und proteinchemische Charakterisierung der isolierten HDL bestätigte die in der Literatur beschriebene große Ähnlichkeit dieser Partikel zu den Lipoproteinen des Liquor cerebrospinalis. Untersuchungen zur Anreicherung der isolierten HDL mit den verschiedenen Apo E-Isoformen ergaben, dass die HDL geeignete Vehikel für Apo E3 und Apo E4 darstellten. Die Auswertung der zellbiologischen Experimente zum Einfluss dieser beiden Isoformen auf den Lipidstoffwechsel der HT-22 Zellen führte zu folgenden Ergebnissen: Apo E4 wird im Vergleich zu Apo E3 in verstärktem Umfang auf der Zelloberfläche gebunden. Gleichzeitig ist die Menge des intrazellulär nachweisbaren Apo E4 erhöht. Sowohl Apo E3 als auch Apo E4 werden in Pulse-Chase-Experimenten nach erfolgter Aufnahme retroendozytiert. Dieses Recycling ist jedoch für Apo E4 vermindert. Weder das Apo E3- noch das Apo E4-Recycling war unter den gewählten experimentellen Bedingungen mit einem Cholesterol-Efflux aus den HT-22 Zellen assoziiert. Zudem war im Vergleich zu Apo E3 keine Erhöhung des intrazellulären Cholesterolspiegels nach Apo E4-Inkubation in den Pulse-Chase-Experimenten nachweisbar. Die Inkubation der Zellen mit Apo E4 führte im Vergleich zu Apo E3 jedoch zu einer verstärkten Prozessierung des Amyloid-Vorläuferproteins (APP) durch die g-Sekretase. Dies liefert einen Hinweis darauf, dass Apo E4 seinen pathogenen Effekt bei der Alzheimer Erkrankung nicht notwendigerweise ausschließlich über die Dysregulation der neuronalen Cholesterolhomeostase vermittelt. Weitere Untersuchungen müssen jedoch erfolgen, um den genauen Mechanismus dieser Beeinflussung aufzuklären.

The presented thesis focuses on the uptake and recycling of the different apolipoprotein E (apoE) isoforms into neuronal cells. In particular, the impact of apoE recycling on cellular cholesterol efflux and processing of the amyloid precursor protein (APP) was investigated. For this purpose a neuronal cell model was selected and characterized and model ligands were prepared. The investigations were performed with regard to the fact that the isoform apoE4 is a genetic risk factor for Alzheimer’s disease. The evaluation of different neuronal cell lines with respect to the presence of lipoprotein receptors resulted in the selection of the murine neuronal cell line HT-22 which do express the relevant receptors. Due to the limited availability of cerebrospinal fluid lipoproteins (CSF-Lp) human High Density Lipoproteins (HDL) from plasma were used as model ligands. As expected from literature the isolated HDL shared great similarities in biochemical composition and apolipoprotein content with CSF-Lp. Evaluation of apoE3 and apoE4 enrichment of HDL confirmed their applicability as model ligands. Investigations on the impact of the different apoE isoforms on neuronal lipid homeostasis led to the following results: Binding of apoE4 on the cell surface is significantly enhanced compared with apoE3. In parallel the intracellular amount of apoE4 is greater in comparison to apoE3. Pulse chase experiments showed an uptake of both isoforms which is subsequently followed by retroendocytosis of either apoE3 or apoE4. This apoE recycling was significantly impaired for apoE4. In contrast to non-neuronal cells, apoE recycling was not associated with cholesterol efflux from neuronal cells and consequently impaired recycling of apoE4 did not lead to an intracellular cholesterol accumulation. However incubation of the HT-22 cells with apoE4 resulted in an increased processing of APP by the gamma secretase compared with apoE3. These observations suggest that apoE4 mediates its pathogenic effect in Alzheimer’s disease not necessarily via the cellular cholesterol homeostasis, but that a more direct impact on APP processing can be assumed. Impaired recycling of apoE4 could be the molecular link to an aberrant APP processing. Further investigations are needed to proof this assumption.