Die neuroprotektive Rolle des exosomalen Prion-Proteins im Kontext der Alzheimer Erkrankung

Abstract

In der Pathogenese der Alzheimer-Erkrankung (AD) spielt Amyloid-beta1-42 (Aβ1-42) eine zentrale Rolle. Es gilt als eines der neuropathologischen Hauptmerkmale der AD und ist Hauptbestandteil der Amyloid-Plaques. Des Weiteren zeigen bestimmte Aggregations-Intermediate von Aβ1-42 neurotoxische Eigenschaften vermittelt durch die Bindung an das Prion-Protein (PrPC). PrPC wird auf der Membran von Exosomen verstärkt exprimiert. Dort ist es in der Lage mit Aβ1-42 zu interagieren und einen Komplex zu bilden. Der Fokus dieser Arbeit lag auf der Analyse der Rolle des Exosomen-Aβ1-42-Komplexes in der Pathogenese der AD. Hierbei konnte gezeigt werden, dass der Exosomen-Aβ1-42-Komplex in vivo im Gehirn von Mäusen zu einer Rekrutierung von Mikroglia-Zellen führt. Diese führen zu einer gesteigerten Degradation des Komplexes. Der Exosomen-Aβ1-42-Komplex ließ sich des Weiteren in humanen Liquor-Proben von Patienten verschiedener AD-Risikogruppen nachweisen, wobei sich keine direkte Korrelation der Menge des im Liquor nachgewiesenen Exosomen-Aβ1-42-Komplexes mit dem Verlauf der AD-Pathogenese darstellte. Die Menge an Exosomen nimmt im Liquor mit fortschreitendem AD-Krankheitsverlauf tendenziell ab. Begründet könnte dies durch eine reduzierte Drainage von Aβ1-42 aus dem Gehirn im Verlauf der AD-Pathogenese sein, welches Ablagerung von Aβ1-42 im Gehirn fördern würde. Das exosomale Prion-Protein (ePrPC) ist maßgeblich an der Bildung des Exosomen-Aβ1-42-Komplexes beteiligt. Mittels Kleinwinkel-Röntgenstreuungs-Messungen und ATR-Infrarotspektroskopie konnte gezeigt werden, dass ePrPC einen direkten Einfluss auf die Aggregationskinetik von Aβ1-42 hat. Es fördert die Bildung von Amyloid-Fibrillen in β-Faltblatt-Strukturen über spezifische Aβ-Aggregations-Intermediate. Exosomen ohne ePrPC zeigten keine vergleichbare Einflussnahme auf die Aβ1-42-Aggregationskinetik. Um ein gezieltes Tracking des Exosomen-Aβ1-42-Komplexes in biologischen Systemen zu ermöglichen wurde in Rahmen dieser Arbeit eine Methode zur longitudinal stabilen Funktionalisierung von Exosomen etabliert.

Amyloid-beta1-42 (Aβ1-42) plays a central role in the pathogenesis of the Alzheimer's disease (AD). It is considered as one of the main neuropathological features of AD and is the main component of amyloid plaques. Furthermore, certain aggregation intermediates of Aβ1-42 show neurotoxic properties mediated by the binding to the cellular prion protein (PrPC). PrPC is highly expressed on the membrane of exosomes. It interacts with Aβ1-42 and forms a complex. This work focused on the analysis of the role of the exosome-Aβ1-42-complex in the pathogenesis of the AD. It was shown that the exosome-Aβ1-42-complex leads to the recruitment of microglia cells in vivo in the brain of mice. This leads to increased degradation of the complex. The exosome-Aβ1-42-complex was also detected in human cerebrospinal fluid samples from patients from different AD risk groups. Whereby there was no direct correlation between the amount of the exosome-Aβ1-42-complex detected in the cerebrospinal fluid and the course of the AD pathogenesis. The total number of exosomes in the cerebrospinal fluid tends to decrease as the AD pathogenesis progresses. This could be due to reduced drainage of Aβ1-42 from the brain in the course of AD pathogenesis, which would promote the deposition of Aβ1-42 in the brain. The exosomal prion protein (ePrPC) plays a key role in the formation of the exosome-Aβ1-42-complex. Small-angle X-ray scattering measurements and ATR infrared spectroscopy showed that ePrPC has a direct influence on the aggregation kinetics of Aβ1-42. It promotes the formation of amyloid fibrils in β-sheet rich structures via specific Aβ aggregation intermediates. Exosomes without ePrPC showed no comparable influence on the Aβ1-42 aggregation kinetics. In order to enable a targeted tracking of the exosome-Aβ1-42-complex in biological systems, a method for the longitudinally stable functionalization of exosomes was additionally established in this work.