Citation for published version (APA): Dolga, A. M. (2008). Neuroprotective signaling mechanisms in the mammalian brain s.n.

Transcriptie

1 University of Groningen Neuroprotective signaling mechanisms in the mammalian brain Dolga, Amalia Mihalea IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from it. Please check the document version below. Document Version Publisher's PDF, also known as Version of record Publication date: 2008 Link to publication in University of Groningen/UMCG research database Citation for published version (APA): Dolga, A. M. (2008). Neuroprotective signaling mechanisms in the mammalian brain s.n. Copyright Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons). Take-down policy If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim. Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum. Download date:

2 Nederlandse samenvatting

3 158 Nederlandse samenvatting De ziekte van Alzheimer, ziekte van Parkinson en andere neurodegeneratieve aandoeningen worden onder andere gekarakteriseerd door een toenemende sterfte van specifieke zenuwcellen. De ontregeling van verscheidene fysiologische processen als gevolg van deze neuronale sterfte heeft aanzienlijke gevolgen voor hersengebieden die betrokken zijn bij leer- en geheugenfuncties. Om die reden is het van groot belang om ernaar te streven het neuronale disfunctioneren in deze hersengebieden te beperken. Het ontwikkelen en toepassen van nieuwe therapieen in klinische trials om sterfte van hersencellen te beperken is een complexe opgave omdat neurodegeneratieve processen het resultaat zijn van ingewikkelde mechanismen van signaaloverdracht. Om die reden vormt het ontrafelen van de moleculaire processen die ten grondslag liggen aan neurodegeneratie de basis van mogelijk succesvolle therapeutische benaderingen. Een experimenteel in vitro model om deze neuronale processen te bestuderen is het blootstellen van zenuwcellen aan toxische concentraties van de neurotransmitter glutamaat, een begrip dat wordt aangeduid met de term excitotoxiciteit. Hiermee kunnen verschillende potentieel beschermende medicijnen op hun effectiviteit om celsterfte te voorkomen worden getest. Tot nu toe hebben verschillende onderzoeken aangetoond dat het cytokine tumor necrose factor (TNF) alfa beschermend kan werken tegen door glutamaat veroorzaakte excitotoxiciteit. TNF-α is een bekend cytokine dat in toenemende mate tot expressie komt in de hersenen en de cerebrospinale vloeistof van mensen die lijden aan een neurodegeneratieve ziekte. Het hoofdthema van dit proefschrift betreft de moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan de beschermende werking van TNF-α in de zoogdierhersenen Hoofdstukken 2 en 4 van dit proefschrift onderzoeken het beschermende mechanisme waardoor TNF-α de weerstand tegen glutamaat toxiciteit vergroot. In de eerste plaats werden de kinetische eigenschappen van het neuroprotectieve proces tegen glutamaat onderzocht in celcultures van primaire corticale neuronen. Het blootstellen van neuronen gedurende 2-4 h aan TNF-α leidde niet tot bescherming tegen glutamaat veroorzaakte celdood. Opvallend echter bleek dat 6-8 h of langere aanwezigheid van TNF-α wel een significante redding van de hersencellen teweegbracht. Uit eerder onderzoek was bekend dat lange termijn behandeling (24 h) met TNFα een toename van PKB/Akt fosforylering veroorzaakt. Interessant daarbij is dat PKB/Akt forforylering in corticale zenuwcellen geassocieerd wordt met een toename in neuronale overleving. Hoofdstuk 2 beschrijft de kinetiek van PKB/Akt activering ten gevolge van behandeling met TNF-α. Omdat het zg. PTEN de belangrijkste onderdrukker is van PKB/Akt activering werd de PTEN expressie na TNF blootstelling verder onderzocht. In voorgaande studies werd een toename van PTEN in corticale neuronen in verband gebracht met een toename in neuronale celsterfte. Een korte behandeling met TNF gedurende 2-4 h veroorzaakte een toename van PTEN productie en een afname van PKB/Akt fosforylering. Lange termijn behandeling met TNF-α (6-8 tot 24 h) echter resulteerde in een tijdsafhankelijke afname van PTEN expressie en een toegnomen PKB/Akt fosforylering. Het feit dat hoge concentraties van PTEN samengaan met lage nivo s van PKB/Akt fosforylering en omgekeerd komt

4 159 goed overeen met de omgekeerde relatie tussen PTEN en PKB/Akt activering. Om vast te stellen wat de rol is van de twee TNF receptoren, TNF-R1 en TNF-R2 in het protectieve mechanisme van de TNF-α signalen, werden PKB/Akt en PTEN expressie onderzocht in neuronen van transgene knock-out muizen TNF-R1 -/- en TNF- R2 -/-. Hieruit bleek dat in TNF-R1 -/- neuronen, PKB/Akt gefosforyleerd werd na langdurige TNF-α behandeling met waarneembare effecten na 6-8 h, terwijl in TNF- R2 -/- neuronen PKB/Akt fosforylering was onderdrukt op een TNF-α afhankelijke wijze (hoofdstuk 2). Welke PKB/Akt isoform nu precies betrokken is bij de TNF-α-gemedieerde neuroprotectie is niet bekend. In hoofdstuk 2 geven we meer infomatie over de bijdrage van verschillende PKB/Akt isoforms in het neuroprotectieproces. Gebruik makend van specifieke sirna technieken die specifieke Akt vormen kunnen uitschakelen, hebben we bepaald welke PKB/Akt types betrokken zijn bij de door TNF veroorzaakte neuroprotectie. Met deze sirna methode hebben we gevonden dat met name Akt1 en Akt3 betrokken zijn bij neuroprotectie terwijl Akt2 geen rol blijkt te spelen. Samvattend tonen deze resultaten aan hoe TNF-α de beschadigende effecetn van glutamaat overstimulering bestrijdt d.m.v. PKB/Akt activering. Omdat bekend is dat de PKB/Akt signaal transductie tevens wordt gereguleerd door cyclisch adenosine monofosfaat (camp)-afhankelijke processen, werden in hoofdstuk 3 de effecten van twee hoofdstromen van camp signalering onderzocht: campafhankelijk protein kinase (PKA) en exchange proteins directly activated by camp (Epac1 en Epac2) op PKB/Akt fosforylering. PKA activering resulteerde in een afname van PKB/Akt fosforylering, terwijl activering van Epac PKB/Akt fosforylering bevorderde. Ook werd aangetoond dat zowel PKA, PKB/Akt als Epac alle gekoppeld zijn aan het zg. neuronale A-kinase anchoring protein 150 (AKAP150). In het bijzonder bleek dat Epac2 de fosforylering van PKB/Akt gekoppeld aan AKAP150 bevordert, terwijl inactivering van Ecap2 PKB/Akt fosforylering reduceert. Uit experimenten waarbij de koppeling van PKA aan AKAP150 wordt onderbroken bleek dat AKAP150 een sleutelrol speelt in de twee camp signaalwegen die PKB/Akt controleren. Howel tot nu toe een rol van TNF-R2, PKB/Akt en NF-κB werden verondersteld in het TNF-α beschermende mechanisme was er geen informatie beschikbaar over het preciese verloop van deze signaalweg in de zenuwcel en de doelsystemen die het fysiologisch mechanisme kunnen verklaren. Daartoe hebben we in hoofdstuk 4 onderzocht of SK kanalen een mogelijk doelwit kunnen zijn van TNF signalering, omdat bekend is dat NF-κB de expressie van SK2 kanalen reguleert. SK kanalen kunnen de synaptische exciteerbaarheid van neuronen veranderen door hun bijdrage aan de zg. na-hyperpolarisatie. In ons onderzoek hebben we gebruik gemaakt van zeer specifieke agonisten (NS309, CyPPA) en remmers (apamin) van SK kanalen op corticale neuronen. We vonden hierbij dat NS309 en CyPPA de overleving van neuronen na glutamaat blootstelling bevorderde, terwijl apamin het protective effect van TNF-α tegenging. Deze uitkomsten tonen een belangrijke rol aan van SK kanalen in het

5 160 Nederlandse samenvatting fysiologische mechanisme van de TNF-α protectieve werking. Recent werd aangetoond dat een commercieel beschikbaar medicijn, lovastatine, toegepast om het cholesterolnivo in het bloed te verlagen specifiek de expressie van TNF-R2 kan verhogen in humane endotheelcellen. Lovastatin was al eerder voorgesteld als een farmacon dat neuroprotectief zou kunnen werken in neurodegneratieve ziekten. Hoewel lovastatine als TNF-α beide neuroprotectieve eigenschappen zijn toebedacht zijn hun signaleringswegen nooit eerder in samenhang onderzocht. In hoofdstuk 5 tonen wij aan dat lovastatine de expressie van de neuroprotectieve TNF-R2 in corticale neuronen sterk kan stimuleren. Verder bleek uit dit onderzoek dat NFκB verantwoordelijk is voor de lovastatin-afhankelijke toename in TNF-R2 expressie. Omdat in TNF-R1 -/- neuronen de remming van PKB/Akt activiteit het protectieve effect van lovastatin omkeerde werd geconcludeerd dat lovastatin-geinduceerde TNF- R2 expressie bijdraagt aan neuronale overleven d.m.v. PKB/Akt activering. Chapter 6 bevestigt de rol van PKB/Akt als een downstream molecuul in lovastatingemedieerde neuroprotectieve signaalwegen. Gebruik makend van een in vivo model, waarin het glutamaat analogon NMDA werd geinjecteerd in de nucleus basalis van Meynert (MNB), die deel uitmaakt van het basale voorhersensysteem van cholinerge neuronen, werd het protectieve effect van lovastatine onderzocht op de overleving van cholinerge neuronen en hun corticale innervatiepatronen. Omdat de basale voorhersenneuronen de belangrijkste innervatiebron vormt van cholinerge projecties naar de schors werd het cholinerge innervatiepatroon gequantificeerd om de neuroprotectie door lovastatine te meten. Deze experimenten toonden aan dat lovastatine behandeling cholinerge neuronen significant beschermt tegen NMDA geinduceerde celdood in de NBM. Tevens werd aangetoond dar deze statine neuroprotectie afhankelijk is van PKB/Akt activering, omdat het beschermend effect geblokkeerd werd door remming van PKB/Akt door LY De protectie van de cholinerge neuronen door lovastatine werden vergezeld door een verbetering van de geheugenprestatities in de geledeerde muizen. Samenvattend hebben onze studies aangetoond dat therapeutische manipulaties van het TNF-α system potentieel kan bijdragen aan de bescherming van hersenweefsel bij neurodegeneratieve ziekten.