title: Die Bedeutung der β-Sekretase BACE1 bei Lärmexposition
Creators: name: Knoll, Maximilian
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2024
Subjects: subject: Alzheimer
subject: Cochlea
subject: BACE1

description: Abstract Hintergrund: Die weit verbreitete Amyloid-Hypothese besagt, dass die Entstehung von Amyloid-Plaques der treibende Mechanismus in der Alzheimer Demenz (AD) ist. Die β-Sekretase BACE1 wird dabei als das wichtige Enzym in der Plaque Bildung angesehen. Es wurden große BACE1-Inhibitor Studien gestartet in der Hoffnung eine kausale Therapie der AD zu finden. Trotz stetiger neuer Fortschritte in der Alzheimer Forschung konnten BACE-Inhibitoren (siehe APECS und AMARANTH) Studien keine klinische Verbesserung bei Patienten erwirken; im Gegenteil, sie mussten wegen fehlender klinischer Verbesserung und schwerer auftretender Nebenwirkungen eingestellt werden. Im Mausmodell konnte gezeigt werden, dass BACE1 im peripheren Nervensystem über die enzymatische Aktivierung von NRG1 für die Entwicklung von Myelin von Bedeutung ist. Hörschwellen von BACE1-/- (KO) Tieren zeigten sich erhöht. In dieser Arbeit wollen wir untersuchen, ob BACE1 an der Erhaltung, Reparatur und Regeneration der Cochlea nach Schalltrauma beteiligt ist. Die Ergebnisse dieser Arbeit sind wichtig für die weitere Verfolgung einer BACE1-Inhibitor-Therapie und das Verständnis für Regeneration in der Cochlea nach einem akustischen Trauma. Methoden und Beobachtung Wir haben BACE1+/+ (WT) und BACE1-/- Mäuse mit Hilfe der Hirnstammaudiometrie funktionell untersucht. Die Tiere erhielten über 90 Minuten bei 103 dB ein akustisches Schalltrauma, wodurch ein teilweise regenerativer Hörschwellenstieg ein so genannter „temporary threshhold shift“ (TTP) erreicht wurde. Die Mäuse wurden in Gruppen eingeteilt und einen Tag nach Schalltrauma (post1) oder sieben Tage nach Schalltrauma (post7) untersucht. Dafür wurden die Cochleae der Mäuse präpariert und anschließend immunhistochemisch mit dem konfokalen Mikroskop ausgewertet. Die Antikörper Anti-Myelin Base Protein (MBP) und Anti-Neurofilament 200 (NF-200) wurden verwendet, um Veränderungen in der Myelinschicht zu detektieren. BACE1 und Synapsin sollten uns einen Einblick in die Expression von BACE1 bei BACE1+/+ Mäusen in den verschiedenen Stadien der Schalltrauma Verarbeitung geben. Ergebnisse und Beobachtungen Einen Tag nach akustischem Trauma wiesen BACE1+/+ Versuchstiere einen signifikanten Anstieg der Hörschwelle auf. Außerdem zeigten sie in den Hirnstammaudiometrien eine verlängerte Latenz der Welle 1 und veränderte Amplituden der Welle 3 und 5. Sieben Tage nach Schalltrauma befanden sich die Versuchstiere noch immer im Regenerationsprozess des „temporary threshold shift” (TTP). Wir fanden heraus, dass Wildtyp-Mäuse einen Tag nach einem akustischen Trauma vermehrt NF-200 positive Fasern aufweisen, welche höchstwahrscheinlich geschädigte Hörnervenfasern (AN) darstellen. Nach sieben Tagen zeigte sich allerdings wieder nahezu dieselbe Anzahl wie vor Schalltrauma. Anti-BACE1- und Anti-Synapsin-Färbungen wiesen eine erhöhte Intensität sieben Tage nach akustischen Schalltrauma auf. BACE1-/- Mäuse hatten im Vergleich zu BACE1+/+ Versuchstieren schon ohne Schalltrauma erhöhte Hörschwellen. Sie zeigten außerdem kaum myelinisierte Fasern in der Cochlea. Der durch das akustische Schalltrauma verursachte Schaden am Myelin konnte sich auch sieben Tage nach dem Schalltrauma noch nicht erholen. Schlussfolgerung Elektronenmikroskopische Untersuchungen haben bereits gezeigt, dass akustische Schalltraumata zu einer Schädigung der Myelin Struktur führen können. Wir konnten diese in unsere Arbeit auch in den immunhistochemischen Färbungen mit Anti-NF-200 sichtbar machen und zeigen, dass sich der Schaden nach einigen Tagen wieder erholt. Untersuchte BACE1-/- Versuchstiere ohne Schalltrauma zeigten weniger myelinisierte Fasern und können Schädigungen am Myelin nach Schalltrauma vermutlich nicht in der gleichen Art und Weise regenerieren wie es bei gleichaltrige BACE1+/+ Mäusen beobachtet wurde. Interessanterweise nimmt die Intensität der BACE1- und Synapsin-Färbung sieben Tage nach einem Schalltrauma zu. Wir vermuten daher, dass BACE1 eine Rolle bei Reparaturmechanismen nach einem akustischen Trauma spielen könnte. Es sind daher weitere Studien notwendig, um die genauen Expressionsveränderungen von BACE1 nach einem akustischen Trauma zu bestimmen und den Einfluss von BACE1 auf die Regeneration und Erhaltung im neuronalen Gewebe aufdecken zu können. Diese Grundlagen würden helfen eine Therapie gerichtet gegen BACE1 besser abschätzen zu können
description: Abstract Background: The most common hypothesis of Alzheimer’s dementia pathophysiology “the amyloid hypothesis” shows that accumulation of amyloid β (Aβ) is the key pathway of the pathogenesis. The β-Sekretase BACE1 is the rate-limiting enzyme in Aβ- genesis. Large-scale drug trials on BACE inhibitors tried to provide patients with a causal treatment. Despite the progress in Alzheimer's research, the BACE inhibitors trials (see APECS and AMARANTH) could not establish any clinical improvement. On the contrary, they had to be discontinued because of severe side effects and lack of cognitive improvement. In the peripheral nervous system, it was established in mice that BACE1 is important for the development of myelin via processing of Neuregulin1. Likewise, the hearing threshold of BACE1-/- (KO) mice is significantly elevated. In this work, we wanted to explore whether BACE1 is also involved in the maintenance, repair and regeneration of the cochlea after acoustic trauma. The findings of this thesis are likewise important for further pursuing a BACE1 inhibitor therapy and understanding cochlea repair after trauma. Methods and Objectives We examined BACE1+/+ (WT) mice and BACE1-/- with brainstem evoked response audiometry (BERA). They received acoustic trauma for 90 min at 103 dB to induce a temporary threshold shift (TTP). Different groups of mice were evaluated one day after and 7day after the trauma. The cochleae of the mice were dissected and immunohistochemically examined. The anti-myelin base protein (MBP) and anti-neurofilament 200 (NF-200) antibodies were used to assess in myelination and myelin damage after trauma. Anti-BACE1 and anti-synapsin stainings were used to explore the expression of BACE1 and changes in synapses of BACE1+/+ mice at different stages after trauma. Results and Observation BACE1+/+ mice showed a significant increase in hearing thresholds 1 day after acoustic trauma. Furthermore, they showed prolonged latencies of wave 1 and altered amplitudes of wave 3 and 5 in BERA recordings. After 7 days, regeneration of the cochlea was still ongoing. We found that BACE1+/+ mice show more NF-200 positive nerve fibres one day after acoustic trauma, which are likewise related to damaged myelinated auditory nerve fibres (AN). These nerves recover at immunohistochemically staining after 7 days. Meanwhile, the anti-BACE1 and anti-synapsin stainings showed an increased intensity 7 days after trauma. BACE1-/- had elevated hearing thresholds in comparison to BACE1+/+ mice even without acoustically trauma. They show hypomyelation in the cochlea without trauma and that acoustic trauma might induce a further progressive myelination loss. Conclusion Electron microscopic examinations have already shown that acoustic trauma can lead to myelination defects of afferent fibres to the inner hair cells that typically recover over time. In this work we were able to show that myelination defect could also be investigated using NF-200 staining. BACE1-/- mice without trauma show less myelinated fibres and might not regenerate damage of myelinated fibres as it was observed with BACE1+/+ mice. Interestingly, the intensity of BACE1 and Synapsin stainings increases after trauma in BACE1+/+ mice. We therefore suspect that BACE1 may be upregulated and might play a role in regeneration after acoustic trauma. Further studies are needed to determine the expression changes of BACE1 after trauma and to uncover the influence of BACE1 on regeneration and maintenance of cochlea synapses and myelinated afferents. Understanding the role of BACE1 is essential regarding the future progress of BACE1 inhibitor therapy and as a possible target after acoustic trauma.