Effekt av heparansulfat- og lipopolysakkarid-indusert nerveinflammasjon på plakkpatologi i AβPP-transgene mus

Abstract

Bakgrunn Alzheimers sykdom (AS) er en nevrodegenerativ tilstand karakterisert av progredierende atrofi og irreversibelt tap av synapser og nevroner, bland annet kortikale assosiasjons-nevroner. Amyloid-avleiring og nerveinflammasjon observeres ved nervedegenerativ sykdom. Heparansulfat (HS) er identifisert og assosiert med amyloide plakk ved AS, men også en rekke andre amyloidproteiner i amyloidose. Metode Først undersøkte vi HS proteoglykaners (HSPGs) rolle i hjernen, og jobbet med 17 enkelt-AβPP-transgene mus med Svensk mutasjon (tgAβPPSwe) og 17 dobbelttransgene mus (tgAβPPSwe/tgHEP) som overuttrykker det HSPG-nedbrytende enzym, heparanase. Musene ble avlivet da de var 14-15 måneder og 20 µm koronale snitt var undersøkt ved immunhistokjemi for Aβ40 og Aβ42. Image-Pro Plus 7.0 software ble brukt til å kvantifisere mengden av plakk i cerebral korteks. Kvantifiseringen ble gjort blindt, uten å kjenne musenes identitet. Videre undersøkte vi heparansulfats rolle i nerveinflammasjon i Alzheimermus. Nerve-inflammasjon ble indusert av en enkelt intraperitoneal (i.p.) injeksjon av lipopolysakkarid (LPS) da musene var 13 måneder gamle. Musene ble avlivet 1 måned etter LPS-injeksjon. Her brukte vi 3 dobbelt-transgene mus som overuttrykker heparanase og 8 enkelttransgene mus med Svensk mutasjon. Resultater Vi så redusert plakkmengde i de dobbelttransgene musene som overutrykket heparanase i forhold til enkelttransgene mus. LPS-behandling i forhold til ubehandlet resulterte i lite plakkmengde i enkelttrangene mus, mens behandlingen hadde nesten ingen effekt i dobbelttransgene mus med overuttrykket heparanase. Enkelttransgene mus, men ikke dobbelttransgene mus, visste signifikant overuttrykk av forskjellige cytokiner ved LPS-behandling. Konklusjon Det at plakkmengde i heparanase-overuttrykkende dobbelttransgene mus tenderte til å være lav indikerer at heparansulfat kanskje spiller en rolle ved dannelse av amyloid i Alzheimers sykdom. Forskjeller i cytokin-respons på LPS antyder at overuttrykk av heparanase, der heparanase spalter heparansulfat til mindre molekyler, kan føre til redusert interaksjon mellom monocytter og kjemokiner. Dette kan muligens redusere migrasjon av monocytter gjennom blod-hjerne-barrieren til hjernen, der disse differensierer til aktive makrofager, og det kan dermed redusere fjerning av Aβ fra hjernen. Patofysiologien ved AS knyttes til aggregering av visse proteiner, amyloid-β og tau, men mye er fortsatt ukjent. Resultatene fra vår studie kan hjelpe fremtidig forskning for utvikling av nye medisiner i behandling og profylakse av AS.

Background Alzheimer's disease (AS) is a neurodegenerative disease characterized by a progressive atrophy and irreversible loss of synapses and neurons, e.g. cortical association neurons. Amyloid aggregation and neuroinflammation is typically observed in neurodegenerative diseases. Heparan sulfate (HS) is identified and associated with amyloid plaques in Alzheimer's disease, but also other amyloid proteins in amyloidosis. Method First, we examined the role of HS proteoglycans (HSPGs) in the brain, and thus studied 17 single transgenic mice with Swedish mutation (tgAβPPSwe) and 17 bitransgenic mice with the Swedish mutation as well as overexpression of heparanase; an endoglucuronidase that specifically degrades the heparan sulfate side chains of HSPGs (tgAβPPSwe/tgHEP). Mice were euthanized at age 14-15 months and 20µm coronal sections were examined for plaques by immunohistochemistry for Aβ40 and Aβ42. Plaque load in the cerebral cortex was analysed blindly by using Image Pro Plus7.0. To study the role of HSPGs in neuroinflammation, we employed 3 tgAβPPSwe/tgHEP and 8 tgSwe. Neuroinflammation was induced by a single intraperitoneal (i.p.) injection of lipopolysaccharide (LPS), when mice were 13 months old. The mice were euthanized one month after the LPS injection. Results We saw reduced plaque burden in the heparanase-overexpressing tgAβPPSwe/HEP mice compared to single-transgenic tgSwe mice. LPS-treated tgSwe mice showed a lower plaque burden than untreated tgSwe mice. . Treatment had no obvious effect on plaque burden in the bitransgenic tgAβPPSwe/HEP mice with heparanase overexpression. TgAβPPSwe mice, but not tgAβPPSwe/tgHEP, showed a higher level of cytokines when treated with LPS. Conclusion The plaque burden in heparanase-overexpressing double-transgenic mice tended to be low indicating that heparan sulfate may play an important role in the formation of amyloid in Alzheimer's disease. Differences in cytokine response to LPS suggests that the expression of heparanase, where heparanase fragments heparan sulfate, can lead to reduced interaction between monocytes and chemokines. This may reduce the migration of monocytes through the blood-brain barrier to the brain, where they differentiate into active macrophages, thus resulting in reduced Aβ clearance. The pathogenesis of Alzheimer s disease is associated with aggregation of certain proteins, such as Aβ and tau, but the disease is still not fully understood. The results from this study can help future investigations for development of new medicament treatment and prevention of Alzheimer s disease.