ApoA-I und ApoJ beeinflussen den Amyloid-beta Metabolismus an der Blut-Hirn-Schranke

Eine Überproduktion und Akkumulation von Amyloid-beta Peptid (A-beta), dem amyloidogenen Produkt des Amyloid Precursor Proteins (APP), gewinnt zunehmend an Bedeutung als primäre, die Alzheimer Krankheit (AD) auslösende Ursache. Auffallenderweise korelliert die Akkumulation von A-beta in zerebralen Kapillargefäßen (aus der eine zerebrale Amyloidangiopathie, CAA, entstehen kann) signifikant mit üblichen AD Kriterien, wonach eine deutliche bisherige Unterschätzung der Bedeutung der Blut-Hirn-Schranke (BBB) in der Pathogenese von AD zu vermuten ist. Zudem wird eine Beteiligung von (in der Peripherie meist mit High-density Lipoproteinen, HDL, assoziierten) Apolipoproteinen an protektiven Mechanismen, die nicht nur gegen die Entstehung von Atherosklerose, sondern auch gegen die von AD schützen, immer augenscheinlicher. Zwar zeigen zahlreiche Studien eingehende Zusammenhänge zwischen Prozessen des peripheren und zerebralen Apolipoprotein-, Cholesterin- und APP/A-beta Stoffwechsels auf, jedoch fehlen weiterführende Informationen über eine Beteiligung von zerebralen Kapillarendothelzellen (BCEC) - der anatomischen Basis der BBB - an/in diesen Prozessen. Unsere zentrale Hypothese besagt, dass die BBB entscheidend an der Pathogense von AD beteiligt ist, da die BBB (I) die Clearance von A-beta aus dem Gehirn reguliert, (II) einen Austausch von (Lipoprotein-) Cholesterin zwischen Zirkulation und Gehirn verhindert und (III) sowohl APP als auch die Apolipoproteine ApoA-I und ApoJ in BCEC selbst synthetisiert werden. Die Projektziele sind daher eine Aufklärung der Beteiligung von ApoA-I und ApoJ an der Regulation von APP/A-beta Synthese und Turnover an der BBB in vitro und in vivo, unter der Verwendung einer Kombination von etablierten in vitro BBB Modellen aus primären Schweine (p)- und Maus (m)- BCEC, sowie den adäquaten Mausmodellen (APP-tg und 3xTg-AD Mäuse, ApoA-I-tg, ApoA-I-ko und ApoJ-ko Mäuse). Die folgenden Forschungsfragen sollen zur Erreichung dieser Ziele führen: 1. Ist in pBCEC synthetisiertes ApoA-I/ApoJ am Cholesterin und APP/A-beta Metabolismus an der BBB (in vitro) beteiligt? 2. Auf welche Weise und in welche Richtung beeinflussen ApoA-I und ApoJ den Cholesterin und APP/A-beta Metabolismus und Transport an der BBB in vitro? 3. Wie beeinflusst ApoA-I/ApoJ knock-out oder Überexpression von humanem ApoA-I den zerebro- vaskulären APP/A-beta Metabolismus und die kognitive Leistung im Alzheimer Mausmodell? 4. Welche (neuen) Rezeptoren/Bindungsproteine in BCEC sind sowohl am Apolipoprotein-stoffwechsel als auch am A-beta Turnover an der BBB beteiligt?

Das vorliegende Projekt erforschte die Funktionen zweier wichtiger Proteine, nämlich von Apolipoprotein (Apo)A-I und ApoJ, bei der Entstehung sowie dem Abtransport von Amyloid- an der Blut-Hirn Schranke (BHS). ApoA-I ist eine Hauptkomponente von High-Density Lipoproteinen (HDL) im Blut und wird vor Allem wegen seiner protektiven Eigenschaften gegen Atherosklerose und die Herzkrankheit in der kardiovaskulären Forschung untersucht. Jüngere Studien deuten jedoch darauf hin, dass HDL und ApoA-I auch das Gehirn schützen kann, nämlich vor der Alzheimer Demenz (AD). Die Überproduktion und Akkumulation von Amyloid- zu Plaques scheint eine zentrale Rolle in der Pathogenese von AD zu spielen. So verursacht die Ablagerung von Ain zerebralen Kapillaren der BHS zerebrale amyloide Angiopathie (CAA) die signifikant mit AD Kriterien korrelliert. Daraus lässt sich vermuten, daß die Rolle der BHS in der Pathogenese von AD bisher unterschätzt wurde. Apolipoproteine transportieren nicht nur Cholesterin sondern auch A. ApoJ ist auch in HDL enthalten, kommt jedoch vor Allem im Gehirn vor. ApoJ liegt erhöht bei der AD und bei CAA vor, und vermag A zu binden, die Fibrillenbildung zu verhindern, sowie dessen Abtransport über die BHS zu fördern. Unsere Studien haben gezeigt, dass BHS-Endothelzellen aus Schweinehirnen (pBCEC) ApoA-I, ApoJ, sowie A herstellen. Unsere neuen Ergebnisse zeigen, dass sich durch eine gezielte Veränderung der Cholesterinhomeostase durch bestimmte pharmakologische als auch natürliche Substanzen, die A Synthese und dessen Transport aus dem Gehirn über die BHS in pBCEC in vitro sowie im Alzheimer-Mausmodell beeinflussen lässt. Auf diese Weise und unter Beteiligung von ApoA-I, ApoJ und weiteren HDL-assoziierten Proteinen, kann die A Synthese und dessen Prozessierung in eine positive, nicht-amyloidogene Richtung verschoben werden. Die Identifizierung solcher Proteine, die A binden, sein Aggregationsvermögen sowie Zyto/Neurotoxizität und Eliminierung aus dem Gehirn beeinflussen, könnte in Zukunft als Plattform zur Entwicklung neuer Präventions- und Therapieansätze gegen die AD dienen.