Untersuchung genetischer und geschlechtlicher Einflüsse in der Alzheimerpathologie anhand des Maustiermodells 5XFAD
Research on genetic and gender effects concerning the Alzheimer´s disease based on the mouse model 5XFAD
by Sebastian Kratz
Date of Examination:2010-11-29
Date of issue:2010-10-27
Advisor:Prof. Dr. Thomas A. Bayer
Referee:Prof. Dr. Thomas A. Bayer
Referee:PD Dr. Doron Merkler
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Format:PDF
Description:Dissertation
Abstract
English
The Alzheimer´s Disease is the most frequent dementia. In Germany are approximately 900.000 individuals affected. Although there are great efforts to investigate the pathogenesis, there is still no causal therapy. The disease is characterized by intra- and extracellular β-amyloid deposits, neurofibrillary tangles, loss of synapses and neurons. The typical memory impairment is caused by neuron loss, degeneration of synapses and inflammatory processes. The neuropathological mechanism causing these changes has still to be investigated. Transgene mouse models which express mutant human protein or detect key proteins as knockout mouse are used to get deeper knowledge of the typical characteristics of the disease. In this thesis the double transgenic mouse model 5XFAD created by Oakley and colleagues is used and this was the first time these mice were examined with stereological methods concerning neuron loss and reduction of brain volume. Further gender effects, genetic influences between the B6- and the B6/SJL-background and the Aβ burden (plaque load) were investigated. All mice were six months old and co-expressed five human FAD-Mutations of the early-onset Alzheimer´s disease, including three gene mutations for the APP (Amyloid Precursor Protein) and two for the PS1 (Presenilin-1). B6 wild type mice were used as control group. The findings by Oakley and colleagues of behavior patterns of four months old mice and of neuron loss could not be stereologically reproduced in this thesis. Concerning gender effects the mutant females showed a significant lower neuron count, massive volume reduction of the brain and a higher burden of Aβ than males. These results could be used for further research on gender effects. The influence of the genetic background revealed no eminent meaning, but the B6/SJL genotype which produces slightly more of the toxic AβpE3-x . The B6 genotype produces apart from AβpE3-x further Aβ isoforms, which have a lower neurotoxic level. In conclusion this mouse mode l could not show a significant neuron loss, although it has five EOAD mutations and other mouse models with similar mutations like the APP/PS1KI mice have already a massive neuron loss in the two and six month old population.
Keywords: Alzheimer; 5XFAD; dementia; Alzheimer´s disease; transgene mouse; oakley; amyloid; plaque; stereology
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Die Alzheimerdemenz ist die häufigste Demenzform und betrifft in Deutschland zur Zeit ca. 900.000 Erkrankte. Obwohl seit Alois Alzheimer intensiv an dem Verständnis der Pathogenese geforscht wird, gibt es bis heute keine etablierte kausale Therapie. Neuropathologisch ist die Erkrankung durch intra- und extrazelluläre β-Amyloid-Ablagerungen, intrazelluläre Neurofibrillen, Synapsen- und Neuronenverluste charakterisiert. Der typischerweise auftretende Gedächtnisverlust wird durch den Neuronenverlust, die Synapsendegeneration und inflammatorische Prozesse vermittelt. Der zugrunde liegende Mechanismus ist weiterhin umstritten und Gegenstand intensiver Forschung. Um einen fokussierten Blick auf bestimmte Merkmale der Erkrankung zu werfen, werden transgene Mausmodelle benutzt, die unterschiedliche humane Mutationen exprimieren oder als Knockout-Mäuse Schlüsselproteine aufzeigen. In dieser Arbeit wurde das doppelt transgene Mausmodell 5XFAD von Oakley und Kollegen mit fünf humanen EOAD-Mutationen (early-onset Alzheimer´s disease), welches drei APP-Mutationen (Amyloid Precursor Protein) und zwei PS1-Mutationen (Presenilin-1) beinhaltet, erstmals quantitativ mittels stereologischer Untersuchungstechniken auf Neuronenverlust und Hirnvolumenminderung im Frontalkortex im Alter von sechs Monaten, sowie auf geschlechtliche Unterschiede und genetische Einflüsse zwischen dem B6- und B6/SJL-Hintergrund untersucht. Zusätzlich wurde noch eine vergleichende Untersuchung zur Aβ-Amyloid-Belastung (Plaqueload) durchgeführt. Als Kontrollgruppe dienten B6-Wildtypmäuse. Die von Oakley und Kollegen beschriebenen Verhaltensauffälligkeiten im Alter von vier Monaten und der vermutete Neuronenverlust konnten in dieser Arbeit stereologisch nicht untermauert werden. Es fand sich aber bei den Weibchen eine deutlich niedrigere Neuronenzahl, ein massiver Volumenverlust und eine höhere Belastung mit toxischem Aβ-Peptid als bei den Männchen. In diesem Zusammenhang könnte das 5XFAD-Mausmodell zur weiteren Forschung geschlechtlicher Einflüsse durchaus interessant sein. Der genetische Hintergrund der Mäuse scheint vergleichsweise nur eine untergeordnete Rolle zu spielen, es konnte aber für den B6/SJL-Genotyp eine erhöhte Bildung von toxischem AβpE3-x gezeigt werden. Der B6-Hinte rgrund bildet neben dem AβpE3-x noch weitere unbekannte Aβ-Isovarianten, die aber insgesamt eine geringere Neurotoxizität haben. Als Ausblick wirft dieses Mausmodell viele Fragen auf, denn es bleibt unklar, warum das Mausmodell mit fünf EOAD-Mutationen keinen signifikanten Neuronenverlust zeigt, obwohl andere Mausmodelle mit ähnlichen, aber insgesamt weniger Mutationen (z.B. APP/PS1KI Mäuse) schon zwischen zwei und sechs Monaten einen massiven Neuronenverlust haben.
Schlagwörter: Alzheimer; 5XFAD; Demenz; Alzheimerdemenz; Transgene Maus; Oakley; Amyloid; Plaque; Stereologie