title: Alzheimer Krankheit: Amyloid Oligomere, therapeutische Agentien, ihre Angriffsziele und Wirkmechanismus
title: Alzheimer’s disease: Amyloid oligomers, therapeutic agents, their target and mode of action
title: Alzheimer’s disease: Amyloid oligomers, therapeutic agents, their target and mode of action
Creators: name: Balakrishnan, Karthikeyan
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2013
Subjects: Morbus Alzheimer
Nichtsteroidales Antiphlogistikum
Antikörper
AD immunotherapy
Amyloid oligomer-specific autoantibodies
Medizin, Gesundheit
Amyloid beta, Oligomere
Epitope characterization
Naturally occurring autoantibodies

description: Das umfassende Ziel dieser Arbeit
      ist es die Effekte von natürlich vorkommenden Autoantikörpern
      (Nabs) und CNI-1493 (immunmodulatorische Substanz) auf
      Amyloid-beta (Aβ) Oligomere zu beschreiben. Die
      extrazelluläre Anreicherung von Aβ im Gehirn steht im
      Verdacht Ursache und Auslöser der Alzheimer’schen Demenz (AD)
      zu sein. Die genaue physiologische Rolle von Aβ ist jedoch
      unklar. Jüngere Ergebnisse zeigen dass monomeres Aβ an der
      normalern synaptischen Aktivität beteiligt sein könnte. Im
      Gegensatz dazu behindert oligomeres Aβ die synaptische
      Aktivität. Daher ist ein immuntherapeutischer Ansatz, der Aβ
      zum Ziel hat, eine vielversprechende Behandlungsstrategie für
      AD. Eine der Herausforderungen eines immuntherapeutischen
      Ansatzes ist es spezifisch die toxischen, fehl-gefalteten
      Formen von Aβ zu bekämpfen ohne die physiologisch relevanten
      Aβ Monomere zu stören. Die Menge an natürlich vorkommenden
      Autoantikörpern gegen Aβ ist in AD Patienten erniedrigt. Im
      ersten Kapitel habe ich die Aß-Epitop-Region von natürlich
      vorkommenden Aβ-Autonatikörpern (Nabs-Aβ) mit Bindungsstudien
      ermittelt. Ich verglich die Bindung von Nabs-Aβ gegenüber
      einer Reihe von mutierten und verkürzten Aβ-Peptiden. Die
      Nabs–Aβ zeigten eine stärkere Bindung zum C-terminalen Ende
      von Aβ, das membrangebunden vorliegt. Das C-terminale Ende
      von Aβ ist entscheidend für die Oligomerisation. Deshalb
      könnten C-terminal-spezifische Nabs-Aβ helfen die
      Oligomerisierung zu minimieren. Zusätzlich könnte diese
      Spezifität eine Interaktion von nabs-Aβ mit membrangebundenen
      Amyloid-Vorläufer-Protein (APP), Aβ-Monomeren, und
      Aβ-Fibrillen ausschließen. Weitere Studien zur
      Epitop-Charakterisierung wurden mit ortsgerichteter
      Mutagenese durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten dass Lysin an
      Position 28 und Isoleuzin an Position 32 von Aβ entscheidend
      für die Bindung von Nabs-Aß sind. Das Fehlen oder Ersetzen
      einer dieser beiden Aminosäuren führte zum Bindungsverlust.
      Zusätzliche Bindunsgstudien mit konformatorisch fixierten
      sogenannte Aβ-click-Peptiden zeigten dass nabs-Aβ spezifisch
      für niedermolekulare anti-parallele Aβ Dimere sind.
      Interessanterweise zeigten Nabs-Aβ eine exzellente Bindung
      mit Aβ mit 2 Muationen am C-terminalen Ende (Aβ1-40; G29,33
      Ile). Die Charaktersisierung von Aβ1-40; G29,33 Ile zeigte,
      dass das Molekül einen unterschiedlichen
      Oligomerisierungsprozess durchläuft und SDS-stabile Trimere
      bildet. Zytotoxizitäts-Studien zeigten dass Aβ-Wildtyp unter
      bestimmten Inkubationsbedingungen toxische Oligomere bildet,
      während Aβ1-40; G29,33 Ile unter diesen Bedingungen nicht
      toxisch ist. Entsprechend meines derzeitigen Kenntnisstands
      ist Aβ1-40; G29,33 Ile die erste Aβ-Oligomer-Spezies die
      stabil ist und eine hohe Affinität zu Nabs-Aβ besitzt.
      Nicht-steroidale ani-inflammatorische Heilmittel haben
      Berichten zufolge einen positiven Behandlungs-Effekt bei AD.
      Ich untersuchte in dieser Arbeit die Rolle von CNI-1493,
      einer anti-inflammatorischen Verbindung. Die in vitro
      Experimente zeigten dass CNI-1493 Aß-Oligomere bindet und den
      Komplex in Richtung Monomere verschiebt. In dieser Arbeit
      habe ich im Detail die Effekte von zwei
      AD-Heilmittel-Kandidaten untersucht, die mit dem Immunsystem
      assoziiert sind; Nabs-Aβ und CNI-1493. Die Ergebnisse helfen
      unserem Verständnis über Nabs-Aβ und unterstützen ihre
      mögliche Rolle als sicheren und effektiven
      AD-Immuntherapie-Kandidaten. Der immunmodulatorische Wirkung
      von CNI-1493, sowie seine Effekte auf Aβ-Oligomerbildung
      machen dieses Molekül zu einem interessanten Arzeinmittel
      Kandidaten für AD Therapie-Studien. Zusätzlich könnte die
      neue Aβ-Mutante, nach weiterer Charakterisierung, als
      mögliche Vakzine oder diagnostisches Verfahren entwickelt
      werden.
description: The broad objective of this study
      is to unravel the potential effect of naturally occurring
      autoantibodies (NAbs) and CNI-1493 (immunomodulatory
      compound) on Amyloid beta peptide (Aβ) oligomers.
      Extracellular accumulation of Aβ peptide in the brain is
      suspected to cause and trigger the progression of Alzheimer’s
      disease (AD). The exact physiological role of Aβ remains
      unclear. The oligomeric forms Aβ impair synaptic activity.
      Hence, immunotherapeutic approach targeting Aβ is one of the
      promising strategies to treat AD. One of the challenges in
      the immunotherapy approach is to specifically target the
      toxic misfolded forms of Aβ without disturbing the
      physiological levels of Aβ monomers. Naturally occurring
      autoantibodies against Aβ are reduced in AD patients. In the
      first chapter, I have characterized the Aβ epitope region of
      Aβ specific-naturally occurring autoantibodies (NAbs-Aβ)
      using binding studies. I compared the binding ability of
      NAbs-Aβ towards a variety of mutated and truncated Aβ
      peptides. NAbs-Aβ had greater binding ability towards the
      C-terminal sequence of Aβ, which is membrane bound. The
      C-terminal end of Aβ is crucial for the formation of Aβ
      oligomerization. Hence, C-terminal specificity of NAbs-Aβ
      could help in the minimizing of Aβ oligomerization.
      Additionally, this specificity also rules out the possible
      interactions of NAbs-Aβ with membrane bound amyloid precursor
      protein (APP), Aβ monomers and fibrils. Further studies on Aβ
      epitope characterization of NAbs-Aβ were performed using
      site-directed mutagenesis. The results indicated that the
      lysine at 28th and isoleucine at 32nd position of Aβ are
      crucial for the binding of NAbs-Aβ. Deletion or substitution
      of any of these two amino acids at their respective positions
      lead to loss of binding. Additional binding studies using
      conformationally fixed ‘click’ Aβ peptides indicated that the
      NAbs-Aβ are specific for low-molecular weight anti-parallel
      dimers. Interestingly, NAbs-Aβ showed excellent binding
      towards Aβ with two substitution mutations at C-terminal
      (Aβ1-40;G29,33Ile) end. In the second chapter,
      characterization of Aβ1-40;G29,33Ile showed that the peptide
      undergo a different oligomerization process to form
      SDS-stable trimers. Cytotoxicity studies showed that Aβ wild
      type forms toxic oligomers at certain incubation conditions
      where as Aβ1-40;G29,33Ile remains non-toxic under the same
      conditions. In-line with the results, according to my current
      understanding, Aβ1-40;G29,33Ile is the first oligomeric Aβ
      species that is stable and has high affinity to NAbs-Aβ.
      Non-steroidal anti-inflammatory drugs are reported to provide
      beneficial effects in AD. In the third chapter, I have
      investigated the role of CNI-1493, which is an
      anti-inflammatory drug. In vitro studies show that CNI-1493
      binds to Aβ oligomers and destabilizes the complex to
      monomers. In this study, I have characterized in detail, the
      effect of two immune system related AD drug candidates,
      NAbs-Aβ and CNI-1493, on Aβ oligomers. These findings help
      our understanding about the NAbs-Aβ and support their
      potential role as a safe and efficient AD immunotherapy
      candidates. The immunomodulatory effect combined with its
      role on Aβ oligomers make CNI-1493 an interesting drug
      candidate for AD therapeutic studies. In addition, the novel
      Aβ oligomer could be developed as a potential vaccine and
      diagnostic tool for NAbs-Aβ after further
      characterization.