title: Chronic consumption of Annona muricata juice triggers and aggravates the development of a tauopathy in wild-type and MAPT transgenic mice
title: Der chronische Konsum von Fruchtsaft aus Annona muricata initiiert und beschleunigt die Entwicklung einer Tauopathie in Wildtyp und MAPT transgenen Mäusen
Creators: name: Rottscholl, Robert
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2017
Subjects: Annona muricata
R406W, Tauopathie
Medical sciences, Medicine
Medizin, Gesundheit
Nervenheilkunde
annonacin
microtubule-associated protein tau
neurodegeneration
Annonacin
Neurologie , Neurowissenschaften
Mikrotubuli-assoziiertes Protein Tau
R406W, tauopathy
Neurodegeneration

description: Tauopathien bilden eine heterogene
      Gruppe von neurodegenerativen Erkrankungen, welche durch die
      Akkumulation des Mikrotubuli-stabilisierenden Proteins Tau in
      verschiedenen Hirnregionen charakterisiert sind. Zu den
      Vertretern dieser Erkrankungen gehören unter anderem die
      frontotemporale Demenz und Parkinsonismus mit Bezug zu
      Chromosom 17 in Verbindung mit Mutationen im
      Mikrotubuli-assoziierten Protein Tau (FTDP17 MAPT) und die
      als atypisches Parkinson-Syndrom klassifizierte progressive
      supranukleäre Blickparese (PSP). Während Mutationen im
      Tau-Gen bei der FTDP17 MAPT für die Krankheitsentstehung
      verantwortlich sind, ist die Ätiologie der PSP weitgehend
      ungeklärt. Hinweise auf die Beteiligung eines Umweltfaktors
      bei der Pathogenese der PSP ergaben sich durch die
      Beobachtung, dass die hohe Prävalenz atypischer
      Parkinson-Syndrome auf Guadeloupe mit dem Verzehr von
      Produkten aus Annona muricata (Spanisch: Guanábana,
      Portugiesisch: Graviola) verbunden ist. In Früchten, Säften
      und Blättern dieser Spezies wurde Annonacin, ein potenter
      Komplex I-Inhibitor der mitochondrialen Atmungskette,
      isoliert, das eine Störung des Energiemetabolismus mit
      Reduktion der ATP-Spiegel hervorruft und im zentralen
      Nervensystem sowohl in vivo als auch in vitro zu einer
      Tau-Umverteilung sowie zu einer Akkumulation von
      hyperphosphoryliertem Tau führt. Ziel der vorliegenden Arbeit
      war die Klärung der Frage, ob im Hinblick auf die Entwicklung
      einer Tau-Akkumulation eine Interaktion zwischen diesem
      Umweltfaktor und einer genetischen Prädisposition besteht. Zu
      diesem Zweck wurden zwei Tau-transgene Mauslinien sowie eine
      Kontrollgruppe (nTg) über einen Zeitraum von einem Jahr
      entweder mit Saft aus den Früchten von Annona muricata
      (Graviolasaft) oder Wasser behandelt. Die Tau-Mutanten trugen
      dabei entweder humanes Wildtyp Tau (hWT) oder Tau mit der
      R406W-Mutation (R406W). Nach einem Jahr wurden die Tiere
      geopfert und die Gehirne wurden entnommen, um sie im
      Anschluss immunhistochemisch zu färben und die Zellzahlen mit
      Hilfe stereologischer Untersuchungsmethoden zu ermitteln. Im
      Frontal- und Parietalkortex war die Gesamtzellzahl im
      Behandlungsarm mit Saft aus Annona muricata beim
      phosphorylierten Epitop 231 (AT180, p&lt;0,001) sowie dem
      doppel-phosphorylierten Epitop 202/205 (AT8, p&lt;0,05) des
      Tau-Proteins signifikant höher. Dabei wiesen die mit Saft
      behandelten Mäuse mit R406W-Mutation bei der Färbung mit dem
      AT180-Antikörper deutlich mehr Tau-positive Neurone auf als
      die Tiere gleichen Genotyps im Behandlungsarm mit Wasser
      (Frontalkortex: 79893±8046 vs 50628±4938, p&lt;0,05;
      Parietalkortex: 26396±1547 vs 19943±2313, p&lt;0,01).
      Zusätzlich waren in der Saftgruppe deutlich weniger apikale
      Dendriten zu beobachten. Vergleichbare Ergebnisse fanden sich
      auch beim Epitop 202/205. In den Unterregionen des
      Hippocampus mit Hilus, CA1 und CA2/3 wurden die Unterschiede
      zwischen den beiden Behandlungsmodalitäten bei der
      R406W-Mutante ebenfalls beobachtet. Bei der Färbung mit dem
      AT8-Antikörper waren in diesen Regionen auch Tau-positive
      Neurone bei Tieren mit humanem Wildtyp Tau im Behandlungsarm
      mit Saft festzustellen. Vergleichbare Ergebnisse zeigten sich
      für diesen Genotyp ebenso im Frontal- und Parietalkortex,
      hier waren im Behandlungsarm mit Saft auch nicht transgene
      Tiere Tau-positiv. Darüber hinaus war das
      doppel-phosphorylierte Epitop 396/404 (AD2) ausschließlich
      bei safttrinkenden Mäusen mit R406W-Mutation nachzuweisen.
      Ein Nervenzelluntergang ließ sich nicht feststellen, ebenso
      war kein Unterschied bei der Anzahl der Mikroglia oder
      Astrozyten vorhanden. Allerdings zeigte die
      Synaptophysin-Färbung im Frontalkortex eine signifikant
      geringere optische Dichte im Behandlungsarm mit Saft, welches
      als einer der ersten Schritte im neurodegenerativen Prozess
      erachtet werden kann. Des Weiteren ließ sich eine Zunahme an
      3-Nitrotyrosin-positiven Neuronen im Behandlungsarm mit Saft
      feststellen, sodass sich Hinweise auf die Bildung von
      reaktiven Sauerstoffspezies ergaben. Zusammenfassend zeigen
      die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit im Hinblick auf die
      Entwicklung einer Tau-Akkumulation einen additiven Effekt
      zwischen genetischer Prädisposition und einem Umweltfaktor
      auf. Danach führte der chronische, orale Konsum von Saft aus
      Annona muricata über einen Zeitraum von einem Jahr zu einer
      Akkumulation von hyperphosphoryliertem Tau sowie zu einer
      somatodendritischen Tau-Umverteilung bei Mäusen mit
      R406W-Mutation. Außerdem entwickelten transgene Mäuse mit
      humanem Wildtyp Tau eine Tau-Akkumulation, welche mit der der
      Patienten auf Guadeloupe vergleichbar ist. Vor dem
      Hintergrund dieser Ergebnisse sollte der Konsum von Saft aus
      Annona muricata vermieden werden.
description: Tauopathies are a heterogeneous
      group of neurodegenerative diseases characterized by the
      accumulation of the microtubule-stabilizing protein tau in
      various brain regions. Frontotemporal dementia with
      parkinsonism linked to chromosome 17 associated with
      mutations in the microtubule-associated protein tau (FTDP-17
      MAPT) and progressive supranuclear palsy (PSP) are
      representatives of this disease class and while FTDP-17 MAPT
      is linked to mutations in the tau gene, the aetiology of PSP
      remains unknown. Insights into the pathogenesis of PSP were
      gained by the observation that the high prevalence of
      atypical parkinsonian syndromes on Guadeloupe was linked to
      high consumption of products made of Annona muricata
      (Spanish: Guanábana, Portuguese: Graviola). In fruits and
      derived products of this species Annonacin, a potent and
      lipophilic inhibitor of complex I of the respiratory chain,
      could be isolated. Annonacin was shown to cause ATP depletion
      and somatodendritic tau redistribution with accumulation of
      hyperphosphorylated tau in the central nervous system. To
      elucidate the interaction of environmental and genetic
      factors that contribute to the development of tau pathology,
      the present work studied two transgenic mouse lines
      expressing the R406W mutated human tau protein or non-mutated
      human wild type tau (hWT) versus control animals (nTg). Over
      the period of one year mice either received Graviola, a
      tropical fruit juice made of Annona muricata or water.
      Afterwards, mice were sacrificed and brains were
      immunohistochemically studied followed by stereologic
      evaluation of total cell counts. In frontal- and parietal
      cortices the total cell counts of neurons reactive at the 231
      (AT180, p&lt;0.001) and 202/205 (AT8, p&lt;0.05) epitopes of
      the tau protein were significantly higher in mice treated
      with juice. The staining with the AT180 antibody revealed the
      highest number of phospho-tau positive neurons in mice
      carrying the R406W mutation from the juice group when
      compared with their water drinking littermates (frontal
      cortex: 79893±8046 vs 50628±4938, p&lt;0.05; parietal cortex:
      26396±1547 vs 19943±2313, p&lt;0.01). In addition, the
      staining of apical dendrites was reduced in R406W mice of the
      juice group. Similar results were found for the AT8-reactive
      epitopes 202/205. In R406W mice all investigated subregions
      of hippocampus, including hilus, CA1 and CA2/3, demonstrated
      the same differences between treatment modalities.
      Furthermore, also juice treated mice carrying non-mutated
      human wild type tau exhibited staining by the AT8 antibody
      and in frontal- and parietal cortices also non-transgenic
      mice were found to be tau-positive. Moreover, while the
      AD2-reactive epitopes 396/404 were completely negative in the
      water treated group as well as in hWT and non-transgenic mice
      treated with Annona muricata, it was detected in neurons of
      juice treated R406W mice. No neuronal cell loss was observed,
      and also the number of microglia and astrocytes was
      unchanged. Nevertheless, the optical synaptophysin density in
      frontal cortex of juice drinking mice was significantly
      lower, which can be considered an early step in the
      neurodegenerative process. In addition, an increase in the
      number of 3-nitrotyrosine-reactive neurons was observed upon
      chronic juice consumption, suggesting the generation of
      reactive nitrogen species. In conclusion, the results of the
      present study demonstrate an additive effect between an
      environmental factor and a genetic mutation in the
      development of tau hyperphosphorylation. Chronic oral
      consumption of juice made of Annona muricata over the period
      of one year provoked accumulation of hyperphosphorylated tau
      as well as somatodendritic tau redistribution in R406W mutant
      mice. Furthermore, the tau hyperphosphorylation found in mice
      carrying non-mutated human wild-type tau was comparable to
      findings made in patients suffering from guadeloupean
      parkinsonism. In the light of these results the consumption
      of Annona muricata juice should be avoided.