University of Groningen

Neuroprotective signaling mechanisms in the mammalian brainDolga, Amalia Mihaela

IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite fromit. Please check the document version below.

Document VersionPublisher'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.

CopyrightOther 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 theauthor(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons).

Take-down policyIf you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediatelyand investigate your claim.

Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons thenumber of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.

Download date: 25-01-2021

Nederlandse samenvatting

158 Nederlandse samenvatting

De ziekte van Alzheimer, ziekte van Parkinson en andere neurodegeneratieve aan-doeningen worden onder andere gekarakteriseerd door een toenemende sterfte vanspecifieke zenuwcellen. De ontregeling van verscheidene fysiologische processen alsgevolg van deze neuronale sterfte heeft aanzienlijke gevolgen voor hersengebieden diebetrokken zijn bij leer- en geheugenfuncties. Om die reden is het van groot belangom ernaar te streven het neuronale disfunctioneren in deze hersengebieden te beper-ken. Het ontwikkelen en toepassen van nieuwe therapieen in klinische trials om sterftevan hersencellen te beperken is een complexe opgave omdat neurodegeneratieve pro-cessen het resultaat zijn van ingewikkelde mechanismen van signaaloverdracht. Omdie reden vormt het ontrafelen van de moleculaire processen die ten grondslag liggenaan neurodegeneratie de basis van mogelijk succesvolle therapeutische benaderingen.Een experimenteel in vitro model om deze neuronale processen te bestuderen is hetblootstellen van zenuwcellen aan toxische concentraties van de neurotransmitter gluta-maat, een begrip dat wordt aangeduid met de term excitotoxiciteit. Hiermee kunnenverschillende potentieel beschermende medicijnen op hun effectiviteit om celsterftete voorkomen worden getest. Tot nu toe hebben verschillende onderzoeken aange-toond dat het cytokine tumor necrose factor (TNF) alfa beschermend kan werkentegen door glutamaat veroorzaakte excitotoxiciteit. TNF-α is een bekend cytokinedat in toenemende mate tot expressie komt in de hersenen en de cerebrospinale vloei-stof van mensen die lijden aan een neurodegeneratieve ziekte. Het hoofdthema vandit proefschrift betreft de moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan debeschermende werking van TNF-α in de zoogdierhersenen

Hoofdstukken 2 en 4 van dit proefschrift onderzoeken het beschermende mechanis-me waardoor TNF-α de weerstand tegen glutamaat toxiciteit vergroot. In de eersteplaats werden de kinetische eigenschappen van het neuroprotectieve proces tegen glu-tamaat onderzocht in celcultures van primaire corticale neuronen. Het blootstellenvan neuronen gedurende 2-4 h aan TNF-α leidde niet tot bescherming tegen gluta-maat veroorzaakte celdood. Opvallend echter bleek dat 6-8 h of langere aanwezigheidvan TNF-α wel een significante redding van de hersencellen teweegbracht.

Uit eerder onderzoek was bekend dat lange termijn behandeling (24 h) met TNF-α een toename van PKB/Akt fosforylering veroorzaakt. Interessant daarbij is datPKB/Akt forforylering in corticale zenuwcellen geassocieerd wordt met een toenamein neuronale overleving. Hoofdstuk 2 beschrijft de kinetiek van PKB/Akt activeringten gevolge van behandeling met TNF-α. Omdat het zg. PTEN de belangrijksteonderdrukker is van PKB/Akt activering werd de PTEN expressie na TNF bloot-stelling verder onderzocht. In voorgaande studies werd een toename van PTEN incorticale neuronen in verband gebracht met een toename in neuronale celsterfte. Eenkorte behandeling met TNF gedurende 2-4 h veroorzaakte een toename van PTENproductie en een afname van PKB/Akt fosforylering. Lange termijn behandeling metTNF-α (6-8 tot 24 h) echter resulteerde in een tijdsafhankelijke afname van PTENexpressie en een toegnomen PKB/Akt fosforylering. Het feit dat hoge concentratiesvan PTEN samengaan met lage nivo’s van PKB/Akt fosforylering en omgekeerd komt

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 PTENexpressie onderzocht in neuronen van transgene knock-out muizen TNF-R1-/- en TNF-R2-/-. Hieruit bleek dat in TNF-R1-/- neuronen, PKB/Akt gefosforyleerd werd nalangdurige TNF-α behandeling met waarneembare effecten na 6-8 h, terwijl in TNF-R2-/- neuronen PKB/Akt fosforylering was onderdrukt op een TNF-α afhankelijkewijze (hoofdstuk 2).

Welke PKB/Akt isoform nu precies betrokken is bij de TNF-α-gemedieerde neu-roprotectie is niet bekend. In hoofdstuk 2 geven we meer infomatie over de bijdragevan verschillende PKB/Akt isoforms in het neuroprotectieproces. Gebruik makendvan specifieke siRNA technieken die specifieke Akt vormen kunnen uitschakelen, heb-ben we bepaald welke PKB/Akt types betrokken zijn bij de door TNF veroorzaakteneuroprotectie. Met deze siRNA methode hebben we gevonden dat met name Akt1en Akt3 betrokken zijn bij neuroprotectie terwijl Akt2 geen rol blijkt te spelen.

Samvattend tonen deze resultaten aan hoe TNF-α de beschadigende effecetn vanglutamaat overstimulering bestrijdt d.m.v. PKB/Akt activering.

Omdat bekend is dat de PKB/Akt signaal transductie tevens wordt gereguleerddoor cyclisch adenosine monofosfaat (cAMP)-afhankelijke processen, werden in hoofd-stuk 3 de effecten van twee hoofdstromen van cAMP signalering onderzocht: cAMP-afhankelijk protein kinase (PKA) en exchange proteins directly activated by cAMP(Epac1 en Epac2) op PKB/Akt fosforylering. PKA activering resulteerde in een af-name van PKB/Akt fosforylering, terwijl activering van Epac PKB/Akt fosforyleringbevorderde. Ook werd aangetoond dat zowel PKA, PKB/Akt als Epac alle gekop-peld zijn aan het zg. neuronale A-kinase anchoring protein 150 (AKAP150). In hetbijzonder bleek dat Epac2 de fosforylering van PKB/Akt gekoppeld aan AKAP150bevordert, terwijl inactivering van Ecap2 PKB/Akt fosforylering reduceert. Uit ex-perimenten waarbij de koppeling van PKA aan AKAP150 wordt onderbroken bleekdat AKAP150 een sleutelrol speelt in de twee cAMP signaalwegen die PKB/Aktcontroleren.

Howel tot nu toe een rol van TNF-R2, PKB/Akt en NF-κB werden verondersteldin het TNF-α beschermende mechanisme was er geen informatie beschikbaar overhet preciese verloop van deze signaalweg in de zenuwcel en de doelsystemen die hetfysiologisch mechanisme kunnen verklaren. Daartoe hebben we in hoofdstuk 4 onder-zocht of SK kanalen een mogelijk doelwit kunnen zijn van TNF signalering, omdatbekend is dat NF-κB de expressie van SK2 kanalen reguleert. SK kanalen kunnende synaptische exciteerbaarheid van neuronen veranderen door hun bijdrage aan dezg. na-hyperpolarisatie. In ons onderzoek hebben we gebruik gemaakt van zeer spe-cifieke agonisten (NS309, CyPPA) en remmers (apamin) van SK kanalen op corticaleneuronen. We vonden hierbij dat NS309 en CyPPA de overleving van neuronen naglutamaat blootstelling bevorderde, terwijl apamin het protective effect van TNF-αtegenging. Deze uitkomsten tonen een belangrijke rol aan van SK kanalen in het

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 vanTNF-R2 kan verhogen in humane endotheelcellen. Lovastatin was al eerder voorge-steld als een farmacon dat neuroprotectief zou kunnen werken in neurodegneratieveziekten. Hoewel lovastatine als TNF-α beide neuroprotectieve eigenschappen zijn toe-bedacht zijn hun signaleringswegen nooit eerder in samenhang onderzocht. In hoofd-stuk 5 tonen wij aan dat lovastatine de expressie van de neuroprotectieve TNF-R2in corticale neuronen sterk kan stimuleren. Verder bleek uit dit onderzoek dat NF-κB verantwoordelijk is voor de lovastatin-afhankelijke toename in TNF-R2 expressie.Omdat in TNF-R1-/- neuronen de remming van PKB/Akt activiteit het protectieveeffect 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 lovastatin-gemedieerde neuroprotectieve signaalwegen. Gebruik makend van een in vivo model,waarin het glutamaat analogon NMDA werd geinjecteerd in de nucleus basalis vanMeynert (MNB), die deel uitmaakt van het basale voorhersensysteem van cholinergeneuronen, werd het protectieve effect van lovastatine onderzocht op de overleving vancholinerge neuronen en hun corticale innervatiepatronen. Omdat de basale voorher-senneuronen de belangrijkste innervatiebron vormt van cholinerge projecties naar deschors werd het cholinerge innervatiepatroon gequantificeerd om de neuroprotectiedoor lovastatine te meten. Deze experimenten toonden aan dat lovastatine behan-deling cholinerge neuronen significant beschermt tegen NMDA geinduceerde celdoodin de NBM. Tevens werd aangetoond dar deze statine neuroprotectie afhankelijk isvan PKB/Akt activering, omdat het beschermend effect geblokkeerd werd door rem-ming van PKB/Akt door LY294002. De protectie van de cholinerge neuronen doorlovastatine werden vergezeld door een verbetering van de geheugenprestatities in degeledeerde muizen.

Samenvattend hebben onze studies aangetoond dat therapeutische manipulatiesvan het TNF-α system potentieel kan bijdragen aan de bescherming van hersenweefselbij neurodegeneratieve ziekten.