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Titel: The Role of Specific Mutations in Presenilin 1 on Mitochondrial Morphology and Function
Sonstige Titel: Die Rolle spezifischer Mutationen in Presenilin 1 für die Morphologie und Funktion der Mitochondrien
Sprache: Englisch
Autor*in: Rojas-Charry, Liliana
Schlagwörter: Presenilin; Neurodegeneration; Presenilin; Mitochondria; Neurodegeneration
GND-Schlagwörter: Mitochondrium; Alzheimerkrankheit; Demenz
Erscheinungsdatum: 2019
Tag der mündlichen Prüfung: 2019-09-23
Zusammenfassung: 
Presenilins 1 and 2 (PS1 and PS2) are constitutive parts of the gamma-secretase catalytic core, and their mutations lead to familial forms of Alzheimer’s disease (FAD). Alzheimer’s disease is one of the pathologies in which mitochondria are known to be affected, and PS1 has been found in mitochondrial-associated membranes, but its role there is still unclear. In this study, the role of PS1 in mitochondrial morphology and function was evaluated in transgenic mice overexpressing the human mutations G384A and E280A, as well as in primary neurons and N2a cells. Mitochondrial morphology was assessed with electron microscopy and immunofluorescence in hippocampal neurons. Whole brains were dissected from male mice at different ages to isolate enriched mitochondrial fractions for proteomic analysis. Mitochondrial health and functionality assays were also performed in the cells. The mitochondrial morphology of mice carrying the hPS1 E280A mutation, in both primary neurons and adult brains, was significantly different from that of controls. Mitochondrial proteomic analysis indicated variation in the expression of proteins especially related to respiration and mitochondrial ribosomal function. Mitochondrial oxygen consumption showed functional impairment in primary neurons from hPS1 E280A mutants but not in those from the G384A mutation. Stably transfected N2a cells expressing PS1WT, PS1-E280A, and PS1deltaexon9 showed an increase in mitochondrial and cytosolic calcium concentrations. Additionally, PS1-E280A cells displayed a prompt opening of the mitochondrial transition pore compared to mock controls, while PS1deltaexon9 cells showed the opposite, an effect dependent on gamma-secretase activity. Although it is not known if mitochondrial dysfunction is a cause or a consequence of Alzheimer’s neurodegeneration, increasing evidence has shown its relevance in cellular processes directly related to neurodegeneration. The present results demonstrate that the expression of PS1 specific mutations modulates mitochondrial morphology, oxygen consumption, and the abundance of ribosomal and respiratory mitochondrial proteins. It is remarkable that the mitochondrial phenotype differed between mutations, being more drastic in the hPS1 E280A mutants, which suggests a mutation-specific mitochondrial pathology in FAD.

Presenilin 1 und 2 (PS1 und PS2) sind Bestandteile des katalytischen gamma-Sekretase-Komplexes, deren Mutationen zu familiären Alzheimer-Erkrankung (FAD) führen. Morbus Alzheimer stellt eine Pathologie dar, bei welcher bekannt ist, dass Mitochondrien betroffen sind, wobei hier PS1 in Mitochondrien-assoziierten Membranen gefunden wurde. Jedoch ist die Rolle von PS1 in Mitochondrien-assoziierten Membranen bisher unklar. In der vorliegenden Studie wurde die Rolle von PS1 in der mitochondrialen Morphologie und Funktion in transgenen Mäusen, die die humanen PS1-Mutationen G384A und E280A überexprimieren, sowie in primären Neuronen und N2a-Zellen bewertet. Die mitochondriale Morphologie wurde mit Elektronenmikroskopie und Immunfluoreszenz in hippocampalen Neuronen untersucht. Proben von Gehirnen männlicher Mäusen in verschiedenen Altersstufen wurden disseziert, um angereicherte Mitochondrienfraktionen für die Proteomanalyse zu isolieren. Weiterhin wurden mitochondriale Vitalitäts- und Funktionstests auch in Zellenkultursystemen in vitro durchgeführt. Signifikante Unterschiede fanden sich in der Mitochondrienmorphologie sowohl in primären Neuronen als auch in erwachsenen Gehirnen von Mäusen, die die hPS1E280A-Mutation trugen, im Gegensatz zu Mitochondrien von Mäusen der Kontrollgruppe. Die mitochondriale Proteomanalyse zeigte zudem eine Variation in der Expression von Proteinen, insbesondere im Zusammenhang mit der Zellatmung und der mitochondrialen ribosomalen Funktion. Der mitochondriale Sauerstoffverbrauch zeigte funktionelle Beeinträchtigungen in primären Neuronen von hPS1E280A-Mutanten, nicht jedoch in den hPS1G384A-Mutanten. N2a Zellen, welche PS1WT, PS1E280A und PS1delta9 stabil exprimieren, zeigten einen Anstieg der mitochondrialen und zytosolischen Calciumkonzentrationen. Darüber hinaus zeigten PS1 E280A-Zellen im Vergleich Kontroll-Zellen eine sehr schnelle Öffnung der mitochondrialen Übergangspore, wohingegen im Fall der PS1 delta9 eine gegenteilige Wirkung evident war, welche von der gamma-Sekretase-Aktivität abhängt. Obwohl nicht bekannt ist, ob eine mitochondriale Dysfunktion eine Ursache oder aber eine Folge bei der Alzheimer-Neurodegeneration ist, mehren sich Hinweise, dass mitochondriale, zelluläre Prozesse direkt mit der Neurodegeneration zusammenhängen. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit unterstützt diese These, indem die PS1-Expression spezifischer Mutationen die unterstützen Mitochondrienmorphologie, den Sauerstoffverbrauch und die Sauerstoffmodulation beeinflusst und die Expression von ribosomalen und respiratorischen Mitochondrienproteinen moduliert. Hierbei ist bemerkenswert, dass sich der mitochondriale Phänotyp zwischen den bestimmten PS1 unterscheidet. Dies lässt auf eine mutationsspezifische mitochondriale Pathologie bei der familiären Alzheimer-Krankheit schließen.
URL: https://ediss.sub.uni-hamburg.de/handle/ediss/6058
URN: urn:nbn:de:gbv:18-100892
Dokumenttyp: Dissertation
Betreuer*in: Glatzel, Markus (Prof. Dr.)
Enthalten in den Sammlungen:Elektronische Dissertationen und Habilitationen

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