title: Effect of Naturally Occurring α-Synuclein-Antibodies on Toxic α-Synuclein-Fragments
title: Wirkungen der natürlich vorkommenden α-Synuclein-Autoantikörper auf toxische α-Synuclein-Fragmente
Creators: name: Rabenstein, Monika
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2014
Subjects: Medizin, Gesundheit
α-Synuclein
natürlich vorkommende Autoantikörper
naturally occurring autoantibodies
Parkinson’s Disease
Parkinson-Krankheit
Parkinson-Syndrom

description: The idiopathic Parkinson’s Disease
      (PD) is a very common neurodegenerative disorder. There is no
      causal treatment available so far. Lewy bodies, the
      characteristic feature in surviving nigral neurons, are one
      of the pathologic hallmarks in PD. Aggregates of fibrillated
      α-Synuclein (α-Syn), a 140 amino-acids-long protein that is
      mainly expressed at presynaptic terminals in the CNS, are the
      major components of Lewy bodies. Recently, natural occurring
      autoantibodies against α-Syn (nAB α-Syn) were de- tected in
      the peripheral blood of PD patients and controls (Papachroni
      et al., 2007). In our group, we affinity-purified nABs α-Syn
      from intravenous immuno- globulins (IVIG) for further
      characterization. Since the physiological function of the nAB
      α-Syn in the human organism is still poorly known, the aim of
      this project was to specify the interaction of the nABs α-Syn
      with α-Syn-fragments for providing better understanding and
      possible treatment application of the nABs α-Syn. This was
      tested with truncated α-Syn-fragments representing the
      functional regions of the protein: residues 1-60 (N-terminal
      domain), residues 1-95 (N- terminal domain + NAC-region),
      residues 61-140 (NAC-region + C-terminal domain), residues
      96-140 (C-terminal domain) and NACP112 (alternative
      splicing-induced deletion variant lacking amino acids
      103-130). The fragments were either freshly prepared or aged
      for 7 days. First, the epitop(s) on α-Syn for the nAB α-Syn
      should to be determined. Therefore, binding properties of nAB
      α-Syn and α-Syn-fragments were analysed in
      antigen-antibody-binding-assays such as ELISA and Dot Blot.
      However, neither epitopes for the nAB α-Syn nor clear binding
      characteristics of the nAB α-Syn to the α-Syn-fragment
      regions could be identified. The differing binding properties
      in the assays points to the coexistence of linear and
      conformational epitopes. Second, the influence of the
      α-Syn-fragments on cell integrity and viability was tested on
      primary murine cortical neurons and primary murine microglia
      using LDH- and MTT-assays. The fragments 1-95, 61-140 and
      α-Syn 112 decreased cell viability in the primary neuronal
      culture as measured by MTT-assay. These cytotoxic
      α-Syn-fragments were subsequently preincubated with the nAB
      α-Syn-fragments and then added to the primary neuronal
      culture. There was a rescue effect on the α-Syn-fragments
      1-95 and α-Syn 112 as shown by increased cell viabilty.
      Though, the same rescue effect was attained by preincubation
      with IVIG. Third, α-Syn-fragments added extracellularly to a
      primary murine micoglia culture were compared in their
      ability to induce the release of the proin- flammatory
      cytokines (TNFα and IL-6). Nearly all α-Syn-fragments (except
      for 1-60 for IL-6) induced the release of these two
      cytokines. Subsequently, the impact of the nAB α-Syn on the
      cytokine realease was determined. There was a highly
      significant reduction of the TNFα- and IL-6 release by
      preincubation with the nAB α-Syn (except for 61-140 for
      TNFα). These results underline for the first time the
      possible anti-inflammatory effect of the nAB α-Syn on
      α-Syn-induced microglia activation. Furthermore the findings
      point to a possible neuroprotective potential for the nAB
      α-Syn and similarly for IVIG. The overactivation of microglia
      is an important pathomechanism in PD. Modulating the
      microglia activity, for example by blocking the release of
      proinflammatory cytokines with the nAB α-Syn, may therefore
      provide an important therapeutic target. Further research has
      to be carried out for the exploration of the nAB α-Syn
      anti-inflammatory potential.
description: Das idiopathische Parkinson-Syndrom
      (IPS) gehört zu den häufigsten neurodegenerativen
      Erkrankungen und trotz intensiver Bemühungen stehen bislang
      noch keine kausalen Therapiemöglichkeiten zur Verfügung.
      Lewy-Körperchen, eine der typischen Veränderungen in
      überlebenden nigralen Neuronen, gelten als pathologische
      Kennzeichen des IPS. Aggregate von fibrilliertem α-Synuclein
      (α-Syn), einem aus 140 Aminosäuren (AS) bestehendes Protein,
      das überwiegend in den präsynaptischen Terminalen von
      Neuronen im ZNS lokalisiert ist, stellen dabei den
      Hauptanteil solcher Lewy-Körperchen dar. Kürzlich wurden im
      Serum von Parkinsonpatienten natürlich vorkommende
      Autoantikörper gegen humanes α-Syn (nAK α-Syn) nachgewiesen
      (Papachroni et al., 2007). Solche nAK α-Syn konnten in der
      Arbeitsgruppe für Neurologische Therapieforschung mittels
      einer Affinitätssäule aus intravenösen Immunglobuli- nen
      (IVIG) isoliert und näher charakterisiert werden. Die
      physiologische Funktion dieser nAK α-Syn im menschlichen
      Organismus ist bislang kaum bekannt. Ziel dieser Arbeit war
      es daher, durch genauere Unter- suchung der nAK
      α-Syn-α-Synuclein-Interaktion eine Grundlage für deren
      besseres Verständnis und mögliche therapeutische Anwendung
      zu schaffen. Dafür wurden den einzelnen funktionellen
      Domänen von α-Syn entsprechende α-Syn-Fragmente verwendet:
      AS 1-60 (N-terminale Domäne), AS 1-95 (N- terminale Domäne
      + NAC-Region), AS 61-140 (NAC-Region + C-terminale Domäne),
      AS 96-140 (C-terminale Domäne) sowie die durch alternatives
      Spleißen entstehende Deletionsmutante α-Syn 112. Diese
      α-Syn-Fragmente wurden sowohl frisch als auch 7 Tage gealtert
      ausgetestet. Erstens sollte untersucht werden, an welche(s)
      Epitop(e) der α-Syn-Fragmente die nAK α-Syn binden. Dazu
      wurde das Bindungsverhalten von nAK α-Syn und
      α-Syn-Fragmenten in Antigen-Antikörper-Bindungsassays
      mittels ELISA und Dot Blot analysiert. Jedoch konnten weder
      Epitop(e) für die nAK α-Syn noch ein eindeutiges
      Bindungsmuster der nAK α-Syn an die einzelnen
      α-Synuclein-Regionen identifiziert werden. Das
      unterschiedliche Bindungsverhalten in den hier
      durchgeführten Bindungsassays scheint auf das gleichzeitige
      Vorliegen linearer sowie konformationaler Epitope
      hinzudeuten. Zweitens wurde die Wirkung der
      α-Synuclein-Fragmente auf die Zellintegrität und
      mitochondriale Vitalität von primären murinen kortikalen
      Neuronen und primären murinen Mikroglia in LDH- und
      MTT-Assay getestet. Bei den α-Syn-Fragmenten 1-95, 61-140
      sowie α-Syn 112 konnte eine deutliche
      proliferationsschädigende Wirkung an neuronalen Zellen im
      MTT-Assay nachgewiesen werden. Diese zytotoxischen
      α-Syn-Fragmente wurden dann in einem weiteren Schritt vor
      Zugabe zu den neuronalen Zellen mit den nAK α-Syn
      vorinkubiert. Diese hatten auf die α-Syn-Fragmente 1-95 und
      α-Syn 112 einen neuroprotektiven Einfluss. Dieser Effekt ließ
      sich allerdings auch durch Vorinkubation der α- Syn-Fragmente
      mit IVIG beobachten. Drittens wurde untersucht, ob die
      extrazellulär zugegebenen α-Syn-Fragmente eine Ausschüttung
      proinflammatorischer Zytokine (TNFα und IL-6) in primären
      murinen Mikroglia induzieren können. Da dies bei fast allen
      α-Syn-Fragmenten der Fall war (bis auf 1-60 für IL-6), wurde
      dann der Einfluss der nAK α-Syn auf die Zytokinausschüttung
      beurteilt. Durch Vorinkubation mit den nAK α-Syn konnte die
      α-Syn-Fragment-induzierte TNFα- und IL-6-Ausschüttung
      deutlich signifikant reduziert werden (bis auf 61-140 für
      TNFα). Dies weist erstmalig darauf hin, dass die nAK α-Syn
      einen entscheidenden anti-inflammatorischen Einfluss auf die
      durch α-Syn ausgelöste Mikrogliaaktivierung haben. Weiterhin
      scheinen sie zusammen mit IVIG neuroprotektives Potenzial zu
      besitzen. Die überschiessende Reaktion der Mikroglia spielt
      eine wichtige Rolle in der Pathogenese des IPS. Daher kann
      eine modulatorische Beeinflussung der Mikrogliaaktivität,
      beispielsweise durch Hemmung der Ausschüttung
      proinflammatorischer Zytokine, einen wichtigen
      therapeutischen Ansatzpunkt beim IPS darstellen. Für diese
      Modulation könnten die nAK α-Syn geeignet sein. Für die
      genauere Überprüfung ihres anti-inflammatorischen
      Potenzials sind weitere Studien nötig.