Der Einfluss des Endocannabinoidsystems auf die Alzheimer Pathologie

Die Alzheimer Krankheit ist eine der häufigsten neurodegenerativen Erkrankungen, deren Ursache, abgesehen von einem geringen Prozentsatz vererbter Formen, bisher nicht bekannt ist. Ein wichtiges Ziel der Grundlagenforschung liegt derzeit in der Modulation der APP-spaltenden Enzyme. Durch die Modulation dieser Enzyme könnten weniger schädigende Amyloid β-Peptide entstehen. Die Aktivität des ECS ist in vielen neurodegenerativen Krankheiten verändert. Protektive Eigenschaften der Cannabinoidrezeptoren wurden bei der Alzheimer Krankheit beschrieben. Deshalb sollte in dieser Arbeit der Einfluss des ECS auf die Pathogenese der Alzheimer Erkrankung untersucht werden. In Zellkultursystemen wurde der Einfluss von Cannabinoiden auf die Prozessierung des Amyloid-Vorläuferproteins analysiert. Durch Inkubation der Zellen mit CB1-Rezeptor Agonisten konnte die APP-Prozessierung zugunsten von sAPPα moduliert werden. Gleichzeitig führte die Inkubation mit Cannabinoiden zur reduzierten Amyloid β Menge im Medium der Zellen. In dieser Arbeit konnte die APP-Prozessierung durch die Aktivierung des CB1-Rezeptors zugunsten des nicht-amyloiden Wegs moduliert werden.rnIn einem Tiermodell wurde der Einfluss des CB1-Rezeptors in APP23 transgenen Mäusen untersucht. Der Knockout des CB1-Rezeptors führte in APP23 transgenen Tieren zu weitreichenden biochemischen Veränderungen. APP23/CB1-/--Tiere zeigten eine erhöhte Mortalität und ein sehr geringes Durchschnittsgewicht. Im Vergleich zu APP23/CB1+/+-Tieren führte der CB1-Rezeptor Knockout zur Reduktion der APP-Expression und dessen Prozessierungsprodukten. In den histologischen Untersuchungen wurde eine reduzierte Anzahl an amyloiden Plaques, sowie eine reduzierte Neuroinflammation ermittelt. Biochemische Untersuchungen zeigten, dass der CB1-Rezeptor einen möglichen regulatorischen Einfluss auf die Expression und Prozessierung von APP ausübt. Die Tiere mit der geringsten Plaque-Menge (APP23/CB1-/-) und einer reduzierten Prozessierung von sAPPα- und den CTFs zeigten die schlechteste Lernleistung im Morris Water-Maze. Deshalb müssen andere Faktoren (z.B. die Degradation der Myelinschicht) für die schlechte Lernleistung verantwortlich sein. Mit einem zweiten Tiermodell könnte in CB1-Knockout Mäusen durch den viral-vermittelten Gentransfer eine mögliche Toxizität von Aβ Peptiden untersucht werden. Die in dieser Arbeit ermittelten Ergebnisse zeigen, dass der CB1-Rezeptor an der Regulation der APP-Prozessierung beteiligt ist und zu proteinbiochemischen Veränderungen im Zell- und Tiermodell führt.

Today, Alzheimer’s pathology is one of the most prominent neurodegenerative diseases. The origin of the disease is still unknown, aside from some disease-causing mutations and genetic polymorphisms that increase the risk to develop Alzheimer’s disease. In Alzheimer’s disease, the processing of the (APP) is changed. One aim in research is to modulate APP cleaving enzymes. The modulation of these enzymes can change APP processing towards the non-amyloidogenic pathway which results in a decrease of the cell-toxic A peptides. Changes of the ECS activity have been described in many neurodegenerative diseases. Moreover, a potential protective role of cannabinoid receptors in Alzheimer’s disease has been shown by basic research. rnBased on these previous findings, this thesis aimed to investigate the role of the ECS in Alzheimer’s pathology. In cell-culture systems the influence of cannabinoids on APP processing has been analyzed. The treatment of cell lines with CB1 agonists resulted in an increased amount of the neuroprotective sAPP and has been accompanied by decreased Aβ peptide levels. These results show that the activation of the CB1 receptor can change APP processing to the non-amyloidogenic pathway. rnIn the second part of this thesis, the influence of the CB1 receptor has been analyzed in a well-established Alzheimer’s disease model (APP23 mouse). The knockout of the CB1 receptor resulted in extensive changes. APP23/CB1-/- mice showed a high mortality and a very low body weight. Compared to the APP23/CB1+/+ genotype, the CB1 receptor knockout lead to a reduction of APP expression and processing. Histological analyzes showed that altered APP-levels were accompanied by a reduced amyloid plaque load and glial inflammation. The biochemical results show that there might be a regulatory influence of the CB1 receptor on APP expression and processing. The animals with the lowest amyloid plaque load (APP23/CB1-/- mice) and reduced processing of sAPP and of CTFs showed impaired learning and memory in the Morris Water-Maze. These data indicate that other factors than Aß plaques, such as a degradation of the myelin layer may cause the impaired learning and memory of APP23/CB1-/- mice. In a second animal model, the potential toxicity of A peptides has been investigated via adeno-associated virus (AAV)-based gene transfer. These findings indicate that the CB1 receptor has a potential role on the regulation of APP processing and the absence of this receptor leads to biochemical changes in cell- and animal models.