title: Modulation of microglial cells in the Alzheimer-associated neuroinflammation
title: Modulation mikroglialer Zellen in der Alzheimer-assoziierten Neuroinflammation
Creators: name: Gold, Maike
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2013
Subjects: Inflammation
Medizin, Gesundheit
Antikörper
microglial cells
Antibodies, Alzheimer´s disease
Alzheimer-Krankheit, Gliazelle
inflammation

description: Die Alzheimer-Krankheit (AD) ist
      die weltweit häufigste, nicht kausal behandelbare,
      neurodegenerative Erkrankung. Charakteristisch für AD ist der
      neuronale Zelluntergang, die Bildung von Amyloid-Beta
      (Aβ)-Plaques und Neurofibrillen sowie eine Aktivierung
      mikroglialer Zellen und damit einhergehende
      Neuroinflammation. Oligomere Formen des Aβ-Peptids scheinen
      dabei besonders toxisch für die Neurone und
      immunsti-mulatorisch für die Mikrogliazellen zu sein. Durch
      die Modulation der Alzheimer-assoziierten Neuroinflammation
      könnte der Verlauf von AD positiv beeinflusst werden. In der
      vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von natürlich
      vorkommenden Autoantikörpern gegen Aβ (nAbs-Aβ) und CyPPA
      (Cyclohexyl-[2-(3,5-dimethyl-pyrazol-1-yl)-6-methyl-pyrimidin-4-yl]-amine),
      einem SK-Kanal-Aktivator, auf die Aktivierung primärer
      mikroglialer Zellen untersucht. Um die Wirkung von nAbs-Aβ
      auf Aβ-Oligomer-behandelte Mikrogliazellen zu untersuchen,
      wurde zunächst der Einfluss von nAbs-Aβ auf die Viabilität
      Aβ-behandelter mikroglialer Zellen untersucht. nAbs-Aβ
      zeigten keinen Einfluss auf die durch Aβ-Oligomere
      hervorgerufene Reduktion in der Viabilität. Allerdings konnte
      ein Anstieg der Phosphorylierung der MAP-Kinase p38 mit
      einhergehendem Anstieg der pro-inflammatorischen Zytokine
      IL-6 und TNF-α bei Co-Administration von nAbs-Aβ mit
      Aβ-Oligomeren in vitro gemessen werden. Die Aufnahme von
      Aβ-Oligomeren aus dem Extrazellularraum in mikrogliale Zellen
      verdoppelte sich durch die Behandlung mit nAbs-Aβ.
      Interessanterweise hat der Einfluss von nAbs-Aβ auf
      Viabilität, Zytokinausschüttung und Phagozytose auf
      Aβ-behandelte Mikrogliazellen einen positiven Effekt auf
      primäre Neurone in vitro. Hierfür wurden primäre Neurone in
      Überständen von behandelten Mikrogliazellen kultiviert.
      Primäre Neurone, die in Überständen von Mikro-gliazellen, die
      sowohl mit nAbs-Aβ als auch mit Aβ-Oligomeren behandelt
      wurden, kultiviert wurden, zeigten eine signifikant höhere
      Viabilität als solche, die in Mikroglia-Überständen
      kultiviert wurden, die nur mir Aβ-Oligomeren behandelt
      wurden. Der Einfluss von nAbs-Aβ auf die
      Alzheimer-assoziierte Neuroinflammation wurde auch in vivo in
      Tg2576 Mäusen untersucht. Dabei zeigte sich ein
      altersabhängiger Effekt: in jungen Tieren zeigte sich kein
      Effekt von nAbs-Aβ, wohingegen in alten Tieren die Sekretion
      sämtlicher pro-inflammatorischer Zytokine durch die einmalige
      Applikation von nAbs-Aβ auf Wildtyp-Niveau abgesenkt werden
      konnte. Auch mit der Anwendung der zweiten Substanz, CyPPA,
      auf primäre mikrogliale Zellen konnte der Aktivierungszustand
      der Zellen moduliert werden. Dies wurde mit zwei
      unterschiedlichen Herangehensweisen untersucht. Einerseits
      konnte mit Impedanz-basierten Messungen gezeigt werden, dass
      sich die Morphologie LPS-aktivierter Mikrogliazellen durch
      die Behandlung mit CyPPA der Morphologie unbehandelter Zellen
      angleicht. Zum anderen hatte CyPPA einen inhibierenden
      Einfluss auf die Sekretion pro-inflammatorischer Zytokine und
      des pro-inflammatorischen Signalmoleküls NO. Durch die
      Anwendung SK-Kanal Subtyp spezifischer inhibitorischer
      Peptide konnte für IL-6 und NO – nicht aber für TNF-α, eine
      Abhängigkeit der SK3-Kanal-Aktivität gezeigt werden. Zudem
      ist die Ausschüttung von IL-6 Ca+2-abhängig. Zusammenfassend
      konnte gezeigt werden, dass durch die Applikation von nAbs-Aβ
      in vivo keine Zunahme der Neuroinflammation zu beobachten
      ist. Bei sehr alten Tieren konnte sogar eine
      anti-inflammatorische Wirkung gezeigt werden. Zusätzlich
      lässt sich in vitro mit der Applikation von nAbs-Aβ eine
      deutliche Steigerung der Phagozytoserate von Aβ-Oligomeren
      feststellen. Der modulierende Effekt von nAbs-Aβ auf
      Mikrogliazellen wirkt sich zudem indirekt auf die neuronale
      Viabilität aus. Die Anwendung dieser körpereigenen Antikörper
      bietet im Vergleich zu monoklonalen Antikörpern oder aktiven
      Immunisierungsstrategien den Vorteil geringerer
      Nebenwirkungen, da dem Körper mit der Behandlung natürlich
      vorkommender Autoantikörper keine körperfremden Substanzen
      verabreicht werden und somit eine Aktivierung des
      Immunsystems unwahr-scheinlich wird. Der Einsatz von CyPPA in
      vitro zeigte vielversprechende Wirkung auf aktivierte
      Mikrogliazellen und sollte Gegenstand weiterer in vivo
      Studien sein. Da sich beide Substanzen auch positiv auf
      Neurone auswirken, sind sie vielversprechende Kandidaten für
      die Modulation der Alzheimer-assoziierten
      Neuroinflammation.
description: Alzheimer’s Disease (AD) is the
      most frequent neurodegenerative disorder. Besides the loss of
      cholinergic neurons, AD is characterized by plaque
      deposition, the formation of neurofibrillary tangles as well
      as microglial activation. The formation of toxic amyloid-β
      (Aβ) oligomers is crucial in the degenerative process and
      leads to synaptic dysfunction and neuronal apoptosis, but
      also neuroinflammation. Neuroinflammation is a possible
      starting point for a therapeutic strategy. Here we
      investigated the effect of naturally occurring autoantibodies
      against Aβ (nAbs-Aβ) and the SK-channel activator CyPPA
      (Cyclohexyl-[2-(3,5-dimethyl-pyrazol-1-yl)-6-methyl-pyrimidin-4-yl]-amine)
      on microglial activation. First, we investigated the effect
      of nAbs-Aβ on the viability of Aβ-oligomer treated microglial
      cells. There was no effect on the oligomer-induced reduction
      of cell viability, whereas there was an increase in the
      phosphorylation state of the stress pathway p38 MAP Kinase
      upon co-treatment with nAbs-Aβ and Aβ-oligomers. This rise in
      p38 phosphorylation was accompanied by an increased secretion
      of the pro-inflammatory cytokines IL-6 and TNF-α. In
      addition, the uptake of Aβ-oligomers by microglial cells was
      enhanced following nAbs-Aβ-treatment. Interestingly, the
      impact of nAbs-Aβ on Aβ-treated microglial cells’ viability,
      cytokine secretion and phagocytosis in vitro exerted
      beneficial effects on primary neurons. We administered
      supernatants of treated microglial cells to primary neurons
      and measured the neurons’ viability. Primary neurons that
      were treated with supernatants of microglial cells co-treated
      with nAbs-Aβ and Aβ showed a significantly increased
      viability compared to neurons treated with supernatants of
      cells treated with Aβ alone. We also investigated the effect
      of a single dose of nAbs-Aβ in Tg2576 mice and evaluated the
      levels of pro-inflammatory cytokines in the brain. The
      cytokine inhibitory property of nAbs-Aβ in vivo seems to be
      age-dependent. In very old animals there was a reduction in
      cytokine-levels, whereas in younger animals there was no.
      With the application of CyPPA we were also able to modulate
      the activation state of microglial cells. Morphological
      changes, measured with real time impedance, as well as NO-
      and cytokine-production induced with LPS could be prevented
      with the application of CyPPA. Using specific inhibitory
      peptides for the SK-channel subtypes, we were able to show a
      SK3-channel dependency for the secretion of IL-6 and NO, but
      not for TNF-α. IL-6 secretion was also dependent on
      extracellular calcium, leading to the hypothesis that CyPPA
      reduces the activation of microglial cells via modulating
      calcium homeostasis. In summary we were able to provide
      insight in the mechanism of action of nAbs-Aβ on microglial
      cells in vitro. In addition the effects of nAbs-Aβ on
      microglial cells could be conveyed to primary neurons.
      Interestingly our in vivo data indicate that nAbs-Aβ should
      be considered for therapeutic use as there is no induction of
      neuroinflammation. The second substance, CyPPA, should be
      investigated further concerning its immune-modulating
      ability. Both data are very promising and point to a new way
      of modulating microglial activation. As both substances are
      also known to exert beneficial effects on neurons, these two
      approaches are promising candidates of modulating
      Alzheimer-associated neuroinflammation.