Udział polimerazy poli (ADP-rybozy)-1 oraz bioaktywnych sfingolipidów w toksyczności peptydów amyloidu beta w doświadczalnych modelach choroby Alzheimera

100 s.: wykr., tabl. ; 30 cm

Choroba Alzheimera (ChA) jest chorobą neurodegeneracyjną, powodującą nieodwracalne zmiany w mózgu, które w konsekwencji doprowadzają do ciężkiego otępienia. Pomimo wieloletnich badań nad znaczeniem peptydów Aβ (amyloidu β) oraz sekwencją procesów molekularnych w patologii ChA, patogeneza choroby nie jest do końca wyjaśniona. Dlatego też, celem pracy było zbadanie poziomu mRNA genów kodujących enzymy metabolizmu APP, enzymy NAD+-zależne (PARPy i SIRTy), enzymy metabolizmu bioaktywnych sfingolipidów oraz wybrane białka pro- i anty-apoptotyczne w doświadczalnych modelach ChA. Ponadto, uwzględniono działanie inhibitora polimerazy poli(ADP-rybozy) 1 (PARP1) – PJ-34 oraz modulatora receptorów sfingozyno-1-fosforanu (S1P) - fingolimod/FTY720.W badaniach zastosowano komórkowy model toksyczności peptydów Aβ (linia PC12 (Pheochromocytoma)) wywołany poprzez podanie zewnątrzkomórkowe oligomerów Aβ1-42, jak również użyto komórek PC12 transfekowanych genem APP. Dodatkowo, w komórkach traktowanych Aβo1-42 sprawdzono działanie inhibitora PJ-34 na poziom mRNA wybranych genów. Komórki PC12 traktowano również oligomerami ASN (α-synukleiny, ASNo). Wyniki dotyczące poziomu mRNA po działaniu Aβ, Aβo i ASNo porównywano z danymi uzyskanymi w modelu zwierzęcym – myszy FVB/APP+/- z mutacją londyńską genu APPVal717Ile. Zwierzętom podawany był również FTY720. Przeprowadzone badania wykazały istotną rolę enzymu jądrowego PARP1 w regulacji poziomu mRNA genów zaangażowanych w metabolizm białka APP podczas toksyczności wywołanej oligomerami peptydu Aβ. Jednocześnie po raz pierwszy zaobserwowano neuroprotekcyjny efekt zahamowania aktywności PARP1, który przekładał się na wzrost poziomu mRNA genu kodującego pro-życiową SIRTuinę 1. W pracy zaobserwowano również obniżenie poziomu mRNA Sphk2 zarówno w liniach komórkowych transfekowanych genem APP oraz w mózgach myszy APP+ 12-miesięcznych. Ponadto, w komórkach traktowanych ASNo zauważono obniżenie poziomu mRNA Sphk2 oraz aktywności SPHK1/2. Ponadto, po raz pierwszy wykazano, że zastosowanie modulatora receptorów S1P (FTY720, fingolimodu) zwiększa poziom mRNA kinazy ceramidu (enzymu odpowiedzialnego za ufosforylowanie ceramidu do jego pro-życiowej formy - ceramido-1-fosforanu) w mózgach myszy APP. Wykazano również, że FTY720 może działać neuroprotekcyjne poprzez wzrost poziomu mRNA dla genu kodującego pro-życiowe białko Bcl-2, które jest regulatorem mitochondrialnego szlaku apoptozy. Zaobserwowane w pracy zmiany w poziomie ekspresji genów uzupełniają stan wiedzy dotyczący roli PARPów, SIRTuin oraz bioaktywnych sfingolipidów w patologii ChA i mogą być pomocne w opracowaniu nowych strategii neuroprotekcyjnych.

Alzheimer’s Disease (AD) is the most severe dementia that progressively and irreversibly impairs synaptic function and cognition of millions of people around the world. Despite many years of research on Aβ peptides toxicity as well as on molecular processes that are involved in AD pathology, the pathogenesis of the disease is still not fully elucidated. The aim of this thesis was to investigate mRNA levels of secretases, NAD+-dependent enzymes (PARPs and SIRTs), sphingosine metabolism enzymes as well as pro- and anti-apoptotic proteins in experimental models of AD. In addition, the effect of poli(ADP-ribose) polymerase inhibitor (PJ-34) and S1P receptors modulator (FTY720) on the mRNA levels of the above mentioned genes was investigated. In present study the cellular model of Aβ toxicity (pheochromocytoma, PC12) was used. The toxicity was evoked by extracellular oligomers of Aβ1-42 (Aβo) or by transfection with the APP gene. Additionally the effect of PJ-34 was examined under Aβo1-42 toxicity. Non-transfected PC12 cells were also treated with ASNo (α-synuclein oligomers). The mRNA levels of genes examined in cellular model were compared with data obtained in transgenic FVB/APP+/- mice with the London (Val717Ile) mutation of the APP gene. The effect of intraperitoneal administration of FTY720 on APP+ brain mRNA levels of abovementioned genes was also examined. The results of the following work showed important role of the nuclear PARP1 enzyme in the regulation of mRNA levels of genes involved in APP metabolism during toxicity induced by Aβo. At the same time, the neuroprotective effect of inhibition of PARP1 activity was expressed by increase of mRNA level of the gene encoding pro-survival sirtuin 1. Moreover, a reduction in Sphk2 mRNA level was also observed in both cell lines transfected with the APP gene and in the brains of 12-month-old APP+ mice. Similarly, reduction of Sphk2 mRNA and SPHK1/2 activity was noted in ASNo-treated cells. Furthermore, the use of S1P receptor modulator (FTY720, fingolimod) has been shown to increase ceramide kinase gene expression (the enzyme responsible for phosphorylation of ceramide to its pro-survival form - ceramide-1-phosphate) in the brains of APP+ mice. It has also been shown that FTY720 can act as a neuroprotective agent by increasing the mRNA level of gene encoding the pro-survival Bcl-2 protein, which regulates mitochondrial apoptosis pathway. The observed alterations of gene expression updates the state of knowledge regarding the role of PARPs, SIRTuin and bioactive sphingolipids in the pathology of AD and may be helpful in developing new neuroprotective strategies.