Universität zu Köln

Hettich, Moritz M. (2009). Role of neuronal IGF-1R signaling for the pathogenesis of Alzheimer's disease. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Post mortem investigations of brains from patients with AD revealed a markedly down regulated expression IGF-1R, and insulin receptor substrate (IRS) proteins, and these changes progress with severity of neurodegeneration. A common feature in neurons from AD patients is a downregulation of IGF-1R. To investigate the role of neuronal IGF-1R signaling in AD neuron-specific IGF-1R (nIGF-1R-/-) deficient mice were generated. These mice were crossed with mice expressing the Swedish mutation of human APP695 harbouring the double mutation Lys670→; Asn, Met671→; Leu which was found in a Swedish family with early-onset AD (APPsw, Tg2576 mice). nIGF-1R-/- mice were generated using the cre-loxP-system under the control of the neuron-specific synapsin-1 promoter and crossed them into the Tg2576 background. The offsprings of these mice (WT, Tg2576, nIGF-1R-/-, nIGF-1R-/-Tg2576) were analysed at two different time points. Kaplan-Meier analysis, amyloid accumulation as well as metabolic and somatic factors of the offspring were investigated during an observation period of 60 weeks. Western blot analysis of isolated hippocampi displayed a 40% reduced IGF-1R expression in nIGF-1R-/- and nIGF-1R-/-Tg2576 compared to WT and Tg2576 animals, whereas other brain regions e.g. cortex or cerebellum did not show significant IGF-1R deletion. Thus, conditional IGF-1R deletion using Cre recombinase expression under the control of the synapsin-1 promoter leads to a hippocampus-specific downregulation of IGF-1R. Further analysis of Cre recombinase expression in a lacZ reporter mouse strain revealed a Cre recombinase activity driven by the synapsin-1 promoter in the dentus gyrus and the CA3 region of the hippocampus. Kaplan-Meier-analysis revealed a 60% mortality of Tg2576 mice after 60 weeks of observation. In contrast nIGF-1R-/-Tg2576 were protected against premature mortality of Tg2576 mice (p&≤0.02; Tg2576 vs. nIGF-1R-/-Tg2576). Isolated hippocampi of 28 and 60 weeks old nIGF-1R-/-Tg2576 animals showed a 50% reduced Aβ1-40 and Aβ1-42 accumulation compared to Tg2576. Additionally, APP α- and β-C-terminal fragments were reduced in hippocampi of nIGF-1R-/-Tg2576 compared Tg2576 mice due to a modification of α- and β-secretases activity. In addition Aβ plaque burden was reduced in Tg2576 animals with neuronal IGF-1R deletion. Taken together the results of the present thesis demonstrate that decreased neuronal IGF-1R signaling predominantly in the hippocampus protects against APPsw induced mortality. Moreover IGF-1R mediated signals influence APP processing due to a modification of α- and β-secretases leading to reduced Aβ accumulation and amyloid plaque burden. Thus, downregulation of IGF-1R observed in neurons of patients suffering from Alzheimer's disease is most likely a compensatory phenomenon to decrease amyloid accumulation and prolong survival.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Die Rolle der neuronalen IGF-1R Signalkascade für die Pathogenese der Alzheimer Erkrankung German
Translated abstract:	Abstract Language Post mortem Untersuchungen an Gehirnen von Alzheimer Patienten zeigten eine drastische Reduktion der IGF-1 Rezeptor (IGF-1R) und Insulin Rezeptor Substrat (IRS) Expression. Diese Veränderungen schritten mit dem Grad der Neurodegeneration fort. Um die Rolle der neuronalen IGF-1R Signaltransduktion in der Alzheimer Erkrankung zu untersuchen, wurden Neuronen-spezifische IGF-1R defiziente (nIGF-1R-/-) Mäuse generiert. Diese Mäuse wurden mit Mäusen verpaart, die eine doppelte APP Mutation (Lys670→; Asn, Met671→; Leu ) exprimieren. Diese Mutationen wurden erstmals bei einer schwedischen Familie beschrieben, welche an der early onset Alzheimer Erkrankung litt (APPsw, Tg2576 Mäuse). nIGF-1R-/- Mäuse wurden mit Hilfe des cre-loxP-Systems erzeugt, unter zur Hilfenahme eines Neuronen-spezifischen Synapsin-1 Promotors, der die Expression der Cre recombinase steuert. Anschließend wurden diese Mäuse mit Tg2576 Mäuse gekreuzt. Die Nachkommen dieser Mäuse (WT, Tg2576, nIGF-1R-/-, nIGF-1R-/-Tg2576) wurden an zwei verschiedenen Zeitpunkten untersucht. Kaplan-Meier Analysen, Amyloid Akkumulation sowie metabolische und somatische Faktoren wurden im Verlauf von 60 Wochen untersucht. Western Blot Analysen von isolierten Hippocampi zeigten eine 40% Abnahme der IGF-1R Expression in nIGF-1R-/- und Tg2576/nIGF-1R-/- im Vergleich zu Wildtypen und Tg2576 Tieren. Andere Gehirnregionen, wie z.B. der Cortex oder das Cerebellum, zeigten keine signifikante IGF-1R Deletion. Somit führt die konditionale IGF-1R Deletion mittels Cre recombinase Expression unter der Kontrolle des Synapsin-1 Promoters zu einer Hippocampus-spezifischen Abnahme des IGF-1R. Die weitere Untersuchung der Cre recombinase Expression in einer lacZ Reporter Mauslinie zeigte, dass die durch die Synapsin-1 gesteuerte Cre recombinase Expression vor allem im Gyrus Dentatus und der CA3 zu finden ist. Kaplan-Meier Analysen zeigten nach 60 Wochen eine 60% Mortalität der Tg2576 Mäuse. Im Gegensatz dazu waren nIGF-1R-/-Tg2576 Mäuse vor der frühzeitigen Mortalität der Tg2576 geschützt (p&≤0.02; Tg2576 vs. nIGF-1R-/-Tg2576). Isolierte Hippocampi von 28 bzw. 60 Wochen alten Tieren zeigten eine 50% Abnahme der Aβ1-40 und Aβ1-42 Akkumulation im Vergleich zu Tg2576 Mäusen. Zusätzlich waren die α- und β-C-terminalen Fragmente des APP im Hippocampus der nIGF-1R-/-Tg2576 Mäuse aufgrund gesenkter α- und β-Secretase Aktivität reduziert. Des Weiteren war eine Abnahme der Aβ Plaque Belastung in Tg2576 Tieren mit IGF-1R Deletion zu sehen. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass eine Abnahme der neuronalen IGF-1R Signaltransduktion vorwiegend im Hippocampus gegen die APPsw induzierte Mortalität schützt. Des Weiteren beeinflussen IGF-1R vermittelte Signale das APP Processing durch eine Abnahme der α- und β-Secretase Aktivität, was zur Reduktion der Aβ Akkumulation und der Amyloid Plaque Belastung führt. Daher scheint die Abnahme der IGF-1R Expression in Gehirnen von Alzheimer Patienten ein kompensatorisches Phänomen zu sein, um die Amyloid Akkumulation zu verringern und das Leben zu verlängern. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Hettich, Moritz M. moritz.hettich@uk-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-28087
Date:	2009
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institute for Genetics
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Alzheimer Erkrankung , IGF-1R Signalkascade , Amyloid beta , Tg2576 German Alzheimer's disease , IGF-1R signaling , Amyloid beta , Tg2576 English
Date of oral exam:	24 June 2009
Referee:	Name Academic Title Brüning, Jens C. Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2808