Cellsignalering vid Alzheimers sjukdom Så används ...

More documents

Recommendations

Info

Cellsignalering vid familjär Alzheimers sjukdom AV MONIKA VESTLING Det första fallet av Alzheimers sjukdom beskrevs i november 1906 av den tyske psykiatern Alois Alzheimer (1). Patienten, en 51 år gammal kvinna hade de klassiska kännetecknen av en fortskridande försämring av minne och förlust av kognitiva funktioner. Hon institutionaliserades på ett mentalsjukhus och dog inom fem år efter sjukdomsdebuten. Obduktionen visade tydliga tecken på vad som idag kännetecknar Alzheimers sjukdom, nämligen senila plack och neurofibriller i neokortex och hippocampus (Figur 1). Idag är Alzheimers sjukdom den vanligaste orsaken till demens hos äldre och utgör mer än 50 procent av alla demenssjukdomar (2). Neuropatologi vid Alzheimers sjukdom Den kliniska diagnosen av Alzheimers sjukdom bekräftas histopatologiskt postmortem genom en onormal ökning av senila plack (kärna av amyloid omgivet av gliaceller och degenererade synaptiska nervändslut) och neurofibriller (aggregation av normalt förekommande stödjestrukturer i cellkroppen) i neokortex och hippocampus, jämfört med vad som är vanligt vid normalt åldrande. Den amyloid som återfinns i de senila placken består av ett aggregat av en 39-43 aminosyror lång peptid som kallas Aβ vilken isolerades 1984 i hjärnvävnad från patienter som lidit av Alzheimers sjukdom (3). Den huvudsakliga komponenten av neurofibriller är ett ”microtubule-associated” protein, tau, som befinner sig i ett onormalt fosforylerat tillstånd (4,5). Familjär resp. sporadisk Alzheimers sjukdom Alzheimers sjukdom uppträder oftast utan uppenbar ärftlighet och med en okänd etiologi och betecknas då som sporadisk, men 10-15% av de som drabbas kan tillskrivas den familjära formen med en autosomalt dominant ärftlighet för sjukdomen. Familjär Alzheimers sjukdom orsakas av defekter i åtminstone tre sjukdomsframkallande gener lokaliserade på kromosom 21 (amyloidprekursorproteingenen), kromosom 14 (presenilin 1-genen) och kromosom 1 (presenilin 2-genen). Dessutom tror man att e4 allelen av apolipoprotein E (ApoE) på kromosom 19 är en stor riskfaktor vad det gäller Alzheimers sjukdom, där heterozygoter för ApoE e4 löper tre till fyra gånger ökad risk och homozygoter nio till tio gånger ökad risk att utveckla sjukdomen. Amyloidprekursorproteinet (APP) Aβ är en amyloidgen (ger upphov till senila plack) nedbrytningsprodukt från APP som normalt är en av de rikligast förekommande proteinerna i hjärnan. Aβ bildas under ”processningen” av APP i vilken APP klyvs av olika sekretaser (α-, β- och γ-sekretas) och utsöndrar olika proteinderivat (Figur 2). Precis var och när APP klyvs av dessa sekretaser är ännu inte känt. Preseniliner De normala biologiska funktionerna av presenilinerna är delvis okända, men man har visat att mutationer i presenilin 1-genen leder till en ökad utsöndring av en längre form av Aβ, Aβ42, vilken lättare bildar plack i hjärnan. I och med 6 LABORATORIET 6/2002 Figur 1. Senila plack (pil) och neurofibriller (pilspets) i hippocampus. Snittet är silverimpregnerat enligt Bielschowskys metod. Foto av Nenad Bogdanovic. detta tror man att presenilin har en viktig funktion i den γ-sekretas-medierade klyvningen av APP. Man tror också att presenilinerna är involverade i programmerad celldöd, sk apoptos. Cellsignalering vid Alzheimers sjukdom Även om den familjära formen av Alzheimers sjukdom endast orsakar 10- 15% av samtliga fall, så har identifieringen av dessa sjukdomsframkallande mutationer bidragit till en ökad kunskap om mekanismerna bakom sjukdomen. En ökad produktion av Aβ tycks vara orsaken bakom den patogena fenotypen i den familjära formen av Alzheimers sjukdom, men den gemensamma nämnaren (om den finns) som leder till en liknande patologi i de sporadiska fallen fortfarande okänd. Det har länge pågått en debatt huruvida en ökad mängd Aβ och därigenom bildandet av senila plack föregår hyperfosforyleringen av tau, den huvudsakliga beståndsdelen i neurofibrillerna, eller vice versa. Enligt den så kallade ”amyloidkaskadhypotesen” (Figur 2) är den underliggande orsaken bakom Alzhei-
mers sjukdom en rubbad metabolism av APP vilken i sin tur leder till en ökad inlagring av Aβ i form av senila plack (6). Därefter följer en kaskad av händelser, som bildandet av neurofibriller och neuronal celldöd, vilket slutligen resulterar i den kliniska bilden av demens. Andra menar dock att det är möjligt att bildandet av plack och neurofibriller sker oberoende av varandra men delar en gemensam process, t ex en förändrad signalöverföring mellan cellerna (7). Samtidigt som mutationerna i APPgenen blev kända, publicerades ett flertal studier i vilka man visade att den biokemiska bearbetningen av APP kunde regleras av olika signaleringssystem i cellen (8). Ett flertal studier hade dessförinnan kunnat påvisa att flera signaleringssystem i cellen var förändrade i postmortal hjärnvävnad från patienter med sporadisk Alzheimers sjukdom. Hudfibroblaster som modell vid studier av Alzheimers sjukdom Nackdelen med att använda postmortal hjärnvävnad är att man bara kan undersöka slutstadiet av sjukdomen. Man måste därtill räkna med det flertal biokemiska reaktioner som antas ske precis i dödsögonblicket. Vi har därför i våra studier använt oss av en modell där man odlar hudfibroblaster etablerade från hudbiopsier tagna från individer i familjer med kända mutationer i APP- eller presenilin 1-genen. En annan fördel med att använda hudfibroblaster är att man har möjlighet att studera dynamiska processer som kalciumhomeostas och oxidativ metabolism. Vi har studerat ett antal signaleringsmolekyler, adenylatcyklas, proteinkinas C och intracellulärt kalcium, som visat sig vara förändrade vid sporadisk Alzheimers sjukdom, och undersökt om detta mönster även återfinns hos familjer med kända mutationer i APP- eller presenilin 1-genen (9-11). Vi fann att den β-adrenoceptorreglerade aktiviteten av adenylatcyklas, regleringen av de intracellulära kalciumförråden samt halten och aktiviteten av proteinkinas C även är förändrad vid familjär Alzheimers sjukdom. Däremot var dessa förändringar inte helt igenom desamma som de som har rapporterats vid den sporadiska formen av sjukdomen. Förändringarna i signalöverföringen skilde sig dessutom beroende på vilken gen som var muterad. Vår tydligaste upptäckt var att ”den svenska mutationen”, en dubbelmutation i APP-genen (APP KM670/671NL) inte gav några förändringar i de olika parametrar som testades. Den svenska mutationen befinner sig alldeles vid klyvningsstället för β-sekretas, varför den mest troliga förklaringen till sjukdomspatologin i den här specifika familjen är att mutationen i sig förskjuter den normala ”processningen” av APP mot den amyloidogena. Detta ger sedan en ökad mängd Aβ vilket i sin tur leder till fler senila plack. Presenilin och apoptos i Alzheimers sjukdom Att mutationerna i APP-genen ger upphov till en förändrad ”processning” av proteinet kan ju tänkas vara en logisk förklaring till den ökade mängd av Aβ som rapporterats. Även om alla hittills Figur 2. “Amyloidkaskadhypotesen”. En rubbad APP metabolism leder till A β-inlagring i senila plack och slutligen demens när APP klyvs av β- och γ-sekretas istället för α-sekretas. funna mutationer i presenilin 1- och 2generna också ger en ökad produktion av Aβ, framförallt den längre formen Aβ42, så verkar presenilins roll i sjukdomspatologin vara betydligt mer invecklad (12-15). Som tidigare nämnts så tror man att presenilin är inblandat i apoptos. En anledning är att celler med mutationer i presenilin 1-genen har visat sig mer känsliga om de utsätts för någon form av stress (16,17). Vi har studerat hur mutationer i presenilin 1-genen påverkar cellens signalöverföring via insulin growth factor I (IGF-I) receptorn. Aktivering av IGF-I receptorn verkar skyddande mot apoptos och detta skydd medieras delvis via Akt (även kallat proteinkinas B) och glykogensyntaskinas 3β (GSK-3β). Studier av GSK-3β är också viktigt ur en annan aspekt eftersom det är ett av de kinaser som hyperfosforylerar tau. Vi har i våra studier använt oss av neuroblastoma SH-SY5Y celler som transfekterats med olika mutationer i presenilin 1-genen och undersökt om detta förändrar aktiviteten av Akt och GSK-3β efter det att cellen utsatts för stress. Vi fann att mutationer i presenilin 1-genen ej gav upphov till några skillnader vare sig i regleringen av Akt eller i aktiviteten av GSK-3β (18). Av detta kan man därför dra slutsatsen att den tidigare rapporterade ökade känsligheten i presenilin 1-muterade celler, vilken leder till apoptos efter att cellen utsatts för stress, sannolikt inte beror på en nedreglerad aktivitet av Akt eller en förändrad aktivitet av GSK-3β. Denna ökade känslighet torde istället bero på defekter i andra signaleringskaskader skilda från de som medieras av GSK-3β. Sammanfattning Vid Alzheimers sjukdom har signaleringen mellan cellerna visat sig vara förändrad beträffande ett antal parametrar och signaleringskaskader. Detta har man tidigare visat i human postmortal hjärnvävnad och perifer vävnad (hudfibroblaster) från individer med Alzheimers sjukdom, men även i olika celloch djurmodeller. Orsakerna bakom den neurodegenerativa kaskaden i Alzheimers sjukdom är inte lika väl definerad i den mer vanliga sporadiska formen av sjukdomen, även om det finns rapporter som visar på en ökad oxidativ stress och en icke fungerande energimetabolism. Detta, tillsammans med våra och andras resultat som visar på en förändrad G-protein-medierad proteinkinas C och adenylylcyklas/proteinkinas A signalering i Alzheimers sjukdom, tyder på LABORATORIET 6/2002 7
Page 1: Nr 6 • december 2002 • Tidskrif

Cellsignalering vid Alzheimers sjukdom Så används ...

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?