ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΝΕΥΡΟΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΑΜΥΛΟΕΙΔΙΚΗΣ β ΠΡΩΤΕΙΝΗΣ

1. ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΝΕΥΡΟΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΑΜΥΛΟΕΙΔΙΚΗΣ β ΠΡΩΤΕΙΝΗΣ

2. Πρόβλεψη της αύξησης του πληθυσμού των Ανθρώπων άνω των 65 ετών από το 1990 έως το 2050 100 90 80 70 60 50 40 30 20 Εκατομμύρια Χαμηλότερη Μέση Υψηλότερη 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 Χρόνος

3. Συμπτώματα της νόσου ALZHEIMER • Προοδευτική, εκφυλιστική ασθένεια του εγκεφάλου που • χαρακτηρίζεται από: • Προοδευτική απώλεια μνήμης και άλλων γνωστικών • λειτουργιών • Αλλαγές στην συμπεριφορά, την προσωπικότητα, την κρίση, • και τις δραστηριότητες της καθημερινής ζωής. • Είναι η πιο κοινή αιτία άνοιας μεταξύ των ανθρώπων ηλικίας • 65 ετών και άνω.

4. Σύγχρονες και μελλοντικές θεραπευτικές αγωγές 1. Αναστολείς της Ακετυλοχολινεστεράσης. Αυτή η προσέγγιση βασίστηκε στην παρατήρηση ότι το χολινεργικό σύστημα εκφυλίζεται στην νόσο Alzheimer. Στόχευε στην αύξηση της συγκέντρωσης της ακετυλοχολίνης, με τον ίδιο τρόπο που στην νόσο του Parkinson η L-Dopa αυξάνει την συγκέντρωση της DA. 2. Μή-στεροειδήαντι-φλεγμονώδη φάρμακα. Η χρήση τους βασίστηκε στην παρατήρηση ότι άτομα που υπέφεραν από ρευματοειδή αρθρίτιδα και γινόταν αγωγή με μή-στεροειδή αντι-φλεγμονώδηφάρμακα παρουσίασαν την νόσο Alzheimer σε μικρότερη συχνότητα. 3. Ανάλογα του Οιστρογόνου. Αυτή η επένδυση βασίζεται στην παρατήρηση ότι γυναίκες που μετά την εμμηνόπαυση έκαναν χρήση οιστρογόνου παρουσίασαν την νόσο Alzheimer σε μικρότερη συχνότητα.

5. Σύγχρονες και μελλοντικές θεραπευτικές αγωγές 4. Αντιοξειδωτικά. Αυτή η προσέγγιση βασίζεται σε αποτελέσματα που δείχνουν ότι η οξείδωση μπορεί να συμβάλλει στην ανάπτυξη της νευροπαθολογίας της νόσου Alzheimer και ότι τα αντι-οξειδωτικά διασώζουν νευρώνες από διάφορες προσβολές όπως την επώαση με αμυλοειδές. 5. Αναστολείςτης συσσωμάτωσης και καθίζησης του Αμυλοειδούς στον εγκέφαλο. Η χρήση τους βασίζεται στηναποδοχή ότι το αμυλοειδές είναι νευροτοξικό

6. Σύγχρονες και μελλοντικές θεραπευτικές αγωγές 6. Αγωνιστές και ανταγωνιστές υποδοχέων. Αυτή η προσέγγιση βασίζεται στηναποδοχή ότι ενεργοποίηση υποδοχέων μπορεί: Α. να ρυθμίσει τον μεταβολισμό του APP έτσι ώστε να παράγεται λιγότερο αμυλοειδές και Β. να αυξήσει την ανθεκτικότητα των νευρώνων στις νευροτοξικές προσβολές. 7. Αναστολείς του μεταβολισμού του APP προς αμυλοειδές. Αυτή η προσέγγιση βασίζεται στηναποδοχή ότι αλλαγές στον μεταβολισμό του APP είναι θεμελιώδους σημασίας για την ανάπτυξη της νόσου του Alzheimer.

7. Εγκεφαλική Ατροφία στη Νόσο Alzheimer From the Oklahoma University Alzheimer’s Center

8. Brain Atrophy in Alzheimer’s Disease From the Internet Pathology Laboratory

9. Η Εγκεφαλική Ατροφία Οδηγεί σε Αντισταθμιστική Διαστολή των Εγκεφαλικών κοιλιών. From the internet Pathology Laboratory

10. Η απώλεια της μάζας του εγκεφάλου είναι αποτέλεσμα της επιλεκτικής απώλειας νευρώνων. Στο νεοφλοιό, η μεγαλύτερη απώλεια παρατηρείται στους πυραμιδοειδείς νευρώνες του πρόσθιου και κροταφικού λοβού. Απώλεια νευρώνων παρατηρείται επίσης στην CA1 περιοχή και το υπόθεματου Ιππόκαμπου, τηναμύγδαλα, στον χολινεργικό πυρήνα του basalis of Meynert, τονπυρήνα του διαφράγματος, τον νοραδρενεργικό υπομέλανα τόπο, και στον σεροτονεργικό ραχιαίο πυρήνα της ραφής.

11. Τα κύρια μικροσκοπικά νευροπαθολογικά ευρήματα στη νόσο Alzheimer είναι: • Οι νευρικές πλάκες (ΝΠ), • Τα νεύρο-ινιδιακά δεμάτια (ΝΔ), και • Η επιλεκτική απώλεια και συρρίκνωση νευρώνων.

12. Τα νευροινιδιακά δεμάτια (ΝΔ) της νόσου Alzheimer. Τα ΝΔ είναι κυτταροπλασματικές εναποθέσεις ινιδίων που αποτελούνται κυρίως από υπερφωσφορυλιωμένη tau πρωτείνη. Υπάρχουν στο νεοφλοιό, τον ιππόκαμπο, την αμύγδαλα, τη μέλανα ουσία, τον υπομέλανα τόπο, και άλλους πυρήνες του εγκεφαλικού στελέχους. From the internet Pathology Laboratory

13. Εγκεφαλικός φλοιός ασθενούς με Alzheimer γεμάτος με νευρικές πλάκες (περισσότερες από 50/mm2, 10D5 μονοκλωνικό αντίσωμα).

14. Οι Νευρικές Πλάκες της Νόσου του Alzheimer Οι ΝΠ είναι πολύπλοκες δομές που αποτελούνται από δυστροφικούς νευρίτες, αμυλοειδές και πολλές άλλες πρωτεΐνες καθώς επίσης και ενεργοποιημένα αστροκύτταρα και μικρογλοία. Οι ΝΠ υπάρχουν σε αφθονίαστον πρόσθιο, βρεγματικόκαι κροταφικό λοβό, την αμύγδαλα, τον ιππόκαμπο και το απιοειδήφλοιό. From the internet Pathology Laboratory

15. DIFFUSE PLAQUES This plaque subtype is primarily composed of amorphous nonfibrillar A-beta protein (preamyloid plaques) or finely fibrillar A-beta deposits. Other names include "fluffy" plaques, "A-beta deposits", or "primitive plaques",

16. Εναποθέσεις αμυλοιδικής β-πρωτείνης στα αγγεία του εγκεφάλου Immunoperoxidase staining (brown DAB chromogen) with antibody to A-beta protein (10D5 monoclonal antibody. Note that meningeal and penetrating and deep parenchymal blood vessels are labeled as are extracellular senile plaques in the cortical neuropil. Τhe staining patterns observed are identical for thioflavine S, 10D5 antibody, and the Gally as silver method when applied to 6 micron thick sections of paraffin embedded formalin-fixed human brain tissue.

17. Beta amyloid may also be deposited within cerebral cortical capillaries as shown here with the fluorescent dye thioflavine S. Note the spike-like projections into the brain paenchyma, a feature termed "dyshoria."

18. R7 ΔΟΜΗ, ΤΟΠΟΛΟΓΙΑ, ΚΑΙ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΤΟΥ APP. Κυτταρόπλασμα Εξωκυτταρική περιοχή -secretase Μεμβράνη KPI R1 22C11 C N Aß * * Περιοχή πλούσια σε κυστείνη -secretase -secretase Διαλυτό A Συσσωματώματα Α

19. Axon Synapse Somatodendritic region INTRANEURONAL TRAFFICKING OF APP AND ITS TARGETING TO THE PRESYNAPTIC TERMINAL. Soluble APP species ? NTCCVs SDCCVs Endosomes/CSVs SCCVs Rab5-positive endosome Cytoskeleton Golgi APP- -APP LDCVs LDCVs Nucleus -ER

20. VKM D VVIA TVI V I Oι Mεταλλάξεις του APP που Προκαλoύν Αlzheimer Περιβάλλουν την Ακολουθία του Α. -secretase -secretase N C VNL D Swedish mutation. G, F, or I London mutation

21. Η ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΠΡΕΣΕΝΙΛΙΝΗΣ 1

22. A hypothetical molecular model showing the TM helices embedded within the membrane and the cytoplasmically oriented N-terminus and Loop domains. Availability of these exposed domains for interactions with potential binding proteins is also indicated.

23. ΓΕΝΕΤΙΚΟΙ ΜΗ-ΓΕΝΕΤΙΚΟΙ PS1 Γήρανση ΝΟΣΟ ALZHEIMER PS2 Φλεγμονή Οξειδωτική βλάβη APP Down’s Ορμονική ανωμαλία Άλλοι γενετικοί και περιβαλλοντικοί παράγοντες ApoE Εγκεφαλικό τραύμα

24. N C AMYLOIDOGENIC AND NON-AMYLOIDOGENIC PROCESSING OF APP Membrane KPI Cytoplasm Aß N C Cysteine Rich -secretase -secretase Amyloidogenic Non-amyloidogenic N C -secretase Soluble A Amyloid A

25. ΜΕΘΟΔΟΙ ΜΕΛΕΤΗΣ ΤΗΣ Αβ-ΕΠΑΓΟΜΕΝΗΣ ΝΕΥΡΟΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑΣ • Χρώση με ΒODIPY green.Μείωση της χρώσης ερμηνεύεται ως αύξηση • της νευροτοξικότητας. • Χρώση με trypan blue. Χρωματίζει τα νεκρά κύτταρα (Pike et al., 1993). • Διπλή χρώση με Annexin V-FITC and Propidium iodide • (Kooperman et al., 1994; Vermes et al., 1995). Κατά την απόπτωση τα • κύτταρα εκθέτουν φωσφατύδολ-σερίνη στην κυτταρική τους επιφάνεια και • αυξάνεται η δέσμευση της Annexin V-FITC και δεν χρωματίζονται από την • χρωστική prodidium Iodide. Σε αντίθεση τα κύτταρα που χρωματίζονται και με • τις δύο χρωστικές υφίστανται νέκρωση. • ΜΤΤ. Μετρείται η δραστηριότητα της μιτοχονδριακής διυδρογονάσης. Η • μείωση της σχετίζεται με το νευρωνικό θάνατο. • 5. LDH. Αύξηση της δραστηριότητας της γαλακτικής διυδρογονάσης στο • θρεπτικό μέσο σχετίζεται με νέκρωση των κυττάρων. • Tunnel. • DNA laddering • Μικροσκοπική παρατήρηση των κυττάρων χρησιμοποιώντας • Scanning and Transmission electron microscopoy.

26. Scanning and Transmission electron microscopy χρησιμοποιείται γιατί • επιτρέπει την άμεση παρατήρηση της κυτταρικής βλάβης που μπορεί • να περιλαμβάνει: • Μεμβρανικές διογκώσεις • Συρρίκνωση • Ανωμαλίες στην κατανομή της χρωματίνης • Πολλές διαφορετικές μέθοδοι εκτίμησης της νευροτοξικότητας • χρησιμοποιούνται συγχρόνως σε μιά μελέτη.

27. ΕΠΙΛΟΓΗ ΚΑΤΑΛΛΗΛΟΥ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ • Πρωτογενείς καλλιέργειες κυττάρων • Κυτταρικές σειρές Περισσότερα από ένα κυτταρικά συστήματα χρησιμοποιούνται συνήθως σε μιά μελέτη ώστε να επιβεβαιωθεί ότι τα αποτελέσματα δεν είναι ιδιαιτερότητα ενός συγκεκριμένου κυτταρικού συστήματος

28. Η Αβ25-35 είναι Νευροτοξικήγια τα N2a κύτταρα. Η μελατονίνη αναστέλλει την νευροτοξική δράση της Αβ. Η αδριαμυκίνη είναι μιά ουσία που προκαλλεί κυτταρικό θάνατο.

29. Η Αβ25-35 είναι Νευροτοξικήγια τα N2a κύτταρα. Η μελατονίνη αναστέλλει την νευροτοξική δράση της Αβ. Bodipy Green Scrabled peptide Αβ 25-35 Αβ 25-35 plus melatonin

31. Η Αβ25-35 είναι Νευροτοξικήγια τα PC12 κύτταρα. Η μελατονίνη αναστέλλει την νευροτοξική δράση της Αβ.

32. Η Αβ1-40 είναι Νευροτοξικήγια τις πρωτoγενής καλλιέργειες Νευρικών κυττάρων του Ιππόκαμπου. Η μελατονίνη αναστέλλει την νευροτοξική δράση της Αβ. -Αβ +Αβ +Αβ+Μελατονίνη

33. Η Αβ1-42 είναι Νευροτοξικήγια τις πρωτoγενής καλλιέργειες Νευρικών κυττάρων του Ιππόκαμπου. Η μελατονίνη αναστέλλει την νευροτοξική δράση της Αβ. -Αβ +Αβ Μελατονίνη +Αβ+Μελατονίνη

34. Ποιός είναι ο μηχανισμός μέσω του οποίου η • μελατονίνη προστατεύει νευρικά κύτταρα από • τις τοξικές ιδιότητες της Αβ; • Πως επηρεάζει: • Την παραγωγή ελεύθερων ριζών και οξείδωση • Τα ενδοκυττάρια επίπεδα του ασβεστίου • Το σχηματισμός αμυλοειδικών ινιδίων

35. Η μελατονίνη και το PBN προστατεύουν N2a κύτταρα από την νευροτοξική δράση της Αβ Το PBN(N-tert-butyl-α Phenylnitrone) απομακρύνει/εξουδετερώνει τις ελεύθερες ρίζες

36. Η μελατονίνη και το PBN εμποδίζουν την υπεροξείδωση των μεμβρανών N2a κυττάρων μετά από έκθεση στην Αβ πρωτείνη MDA: Malondialdehyde acid. Σχηματισμός αυτής της ουσίας δείχνει υπεροξείδωση των λιπών

37. Η μελατονίνη προστατεύει N2a κύτταρα από την οξείδωση που οφείλεται στην αναστολή της δισμουτάσης του υπεροξειδίου του υδρογόνου. Diethyldithiocarbamic acid

38. Η μελατονίνη εμποδίζει την αύξηση του ενδοκυτταρικού ασβεστίου που επάγεται από την έκθεση στην Αβ. Χρησιμοποιείται συνεστιακό μικροσκόπιο σάρωσης για να υπολογισθεί η ένταση του φθορισμού.

39. Η μελατονίνη εμποδίζει την αύξηση του ενδοκυτταρικού ασβεστίου που επάγεται από την έκθεση στην Αβ. Αβ25-35+Μελατονίνη Αβ25-35 Αδριαμυκίνη Scrambled πεπτίδιο

40. Η μελατονίνη εμποδίζει την δημιουργία ινιδίων της Αβ. Αβ 1-40 Αβ 1-42 Circular dichroism

41. Η μελατονίνη εμποδίζει την δημιουργία Αβ ινιδίων. Αβ Αβ+ανάλογο Μελατονίνης Αβ+Μελατονίνη Αβ+PBN

42. Το ινδόλ-3-προπιονικό οξύ, ανάλογο της δομής της μελατονίνης, προστατεύει πρωτογενείς καλλιέργειες νευρώνων ιπποκάμπου από την νευροτοξική δράση της Αβ 1-40. -Αβ +Αβ +Αβ+Μελατονίνη +Αβ+Ινδόλ-3- Προπιονικό οξύ 5-μεθόξυ-τρυπταμίνη: Ινδόλοπεπτίδιο με χαμηλή ικανότητα εξουδετέρωσης ελεύθερων ριζών

43. Το ινδόλ-3-προπιονικό οξύ, ανάλογο της δομής της μελατονίνης, προστατεύει πρωτογενείς καλλιέργειες νευρώνων ιπποκάμπου από την νευροτοξική δράση της Αβ 1-40. -Αβ +Αβ Μελατονίνη +Αβ+Μελατονίνη Ινδόλ-3-Προπιονικό οξύ +Αβ+Ινδόλ-3-Προπιονικό οξύ

44. Το ινδόλ-3-προπιονικό οξύ, ανάλογο της δομής τηςμελατονίνης, προστατεύει τις μεμβράνες νευρώνων ιπποκάμπου από την υπεροξείδωση των λιπών. MDA: Malondialdehyde acid. Σχηματισμός αυτής της ουσίας δείχνει υπεροξείδωση των λιπών

45. Το ινδόλ-3-προπιονικό οξύ, ανάλογο της δομής της μελατονίνης,προστατεύει πρωτογενείς καλλιέργειες νευρώνωναπό την νευροτοξική δράση της DDTC και Η2Ο2.

46. Σύγκριση της ικανότητας της μελατονίνης και του IPΑνα απομακρύνουν ελεύθερες ρίζες

47. Εγκεφαλικός φλοιός ασθενούς με Alzheimer γεμάτος με νευρικές πλάκες (περισσότερες από 50/mm2, 10D5 μονοκλωνικό αντίσωμα). Αυτή η μαζική συσώρευση νερικών πλακών πιστεύεται ότι προκαλεί την ανάπτυξη ανοσολογικής αντίδρασης στον εγκέφαλο των ασθενών με Alzheimer.

48. Λόγω της ύπαρξης μεγάλης συγκέντρωσης νευρικών πλακών στον εγκέφαλο ήταν/είναι λογικό να υποθέσει κανείς ότι στην νόσο Alzheimer έχουμε ενεργοποίηση του ανοσοποιητικού συστήματος του εγκεφάλου με σκοπό την απομάκρυνση των νευρικών πλακών. Όμως η ενεργοποίηση του ανοσοποιητικού συστήματος μπορεί να έχει σαν αποτέλεσμα την προσβολή νευρώνων και το θάνατο τους . Σε αυτή την περίπτωση, σε αντίθεση με την άμεση νευροτoξικότητα της που στοιχειοθετήθηκε με τα πειράματα που περιγράφτηκαν παραπάνω, η Αβ θα μπορούσε να έχει και έμμεση νευροτοξική δράση.

49. Στα 1910, Oscar Fisher Θεώρησε ότι οι αλλαγές που παρατηρούνται γύρω από τις εξωκυτταρικές εναποθέσεις ινιδίων στον εγκέφαλο των ασθενών με alzheimer είναι αποτέλεσμα της αντίδρασης του Ιστού σε μια ξένη ουσία. Όμως δεν κατάφερε να ανιχνεύσει τα μορφολογικά και βιοχημικά χαρακτηριστικά φλεγμονής, όπως αυτή παρατηρείται σε άλλους ιστούς και έθεσε την ερώτηση: Πού είναι όμως η φλεγμονή; Eikelenboom et al., 2002, Glia 40:232-239

50. ΣΥΜΒΑΛΛΕΙ ΤΟ ΑΝΟΣΟΠΟΙΗΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΣΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ • ΝΕΥΡΟΠΑΘΟΛΟΓΙΑΣ ΤΗΣ ΝΟΣΟΥ ALZHEIMER; • Αρχικά η απάντηση σε αυτή την ερώτηση πρέπει να είναι αρνητική γιατί: • Ο αιματοεγκεφαλικός φραγμός εμποδίζει την ελεύθερη είσοδο λευκοκυττάρων και άλλων παραγόντων του ανοσοποιητικού συστήματος στον εγκέφαλο. • Δεν έχουν ανιχνευθεί ανοσοσφαιρίνες και υπο-ομάδες Τ-κυττάρων στο εγκέφαλο ή στους περι-αγγειακούς χώρους ασθενών με Alzheimer. • Δεν έχει παρατηρηθεί υπερέκφραση των μορίων διακυτταρικής προσκόλλησης ICAM-1, V-CAM-1, και E-selectin τα οποία είναι απαραίτητα για την διείσδυση λευκοκυττάρων μέσω των ενδοθηλιακών κυττάρων των αγγείων. • Αυτά τα δεδομένα υποστηρίζουν την άποψη ότι ο εγκέφαλος είναι ανοσολογικά απομονωμένος