Präventive Mechanismen der Polyphenole Quercetin und Resveratrol im Rahmen der beta-Amyloid-induzierten Degeneration in einem Alzheimer-Modell des Nematoden Caenorhabditis elegans
Die Alzheimer Erkrankung (AD) ist die häufigste Form der Altersdemenz, die insbesondere aufgrund der veränderten Altersstruktur der westlichen Gesellschaft deutlich zunimmt. Die Akkumulation von beta-Amyloid (Abeta) - Peptiden im Gehirn gilt als histopathologisches Erkennungsmerkmal der AD und als Ursache der Neurodegeneration und der schweren kognitiven Ausfälle. Neben genetischen Einflüssen scheinen beim Menschen bestimmte Nahrungsinhaltsstoffe die Ausprägung der Erkrankung zu verändern. So wird Cholesterol beispielsweise eine AD-fördernde Wirkung zugeschrieben, während die in Nahrungspflanzen vielfach enthaltenen Polyphenole im Kontext einer AD-Prävention diskutiert werden. In der vorliegenden Arbeit wurde der transgene Caenorhabditis elegans (C. elegans) Stamm CL2006 als ein AD-Modell verwendet, um einerseits die Wirkungen bestimmter Gene auf den AD-Phänotyp zu erfassen und andererseits Interaktionen zwischen Genen und Nahrungsinhaltsstoffen aufzuklären. CL2006 exprimiert das humane Abeta unter der Kontrolle eines Muskelpromotors, wodurch die neuromuskuläre Transmission gehemmt wird, was wiederum die Paralyse als erfassbaren Phänotyp bedingt. Die Exposition der Nematoden gegenüber einem Hitzestress von 35°C für 1 h bewirkte bei ca. 50% der CL2006 Population die Paralyse, wohingegen der Wildtyp nicht paralysierte.Während beim Menschen eine Isoform des am Cholesteroltransportes beteiligten Apolipoprotein E mit einem erhöhten AD-Risiko einhergeht, konnte in CL2006 gezeigt werden, dass eine mittels RNA-Interferenz (RNAi) erzielte verminderte Expression eines Apo-homologen Gens, des vit-6, die Paralyse reduzierte. Da eine verminderte Cholesterolversorgung die gleichen Effekte erzielte, jedoch die durch vit-6 RNAi reduzierte Paralyse nicht beeinflusste, ist davon auszugehen, dass VIT-6 durch die zelluläre Versorgung mit Cholesterol den AD-Phänotyp beeinflusst. Des Weiteren konnte aufgeklärt werden, dass die intrazelluläre Signalvermittlung des Cholesterols über den Steroid-Signalweg mit seinen beiden zentralen Schlüsselproteinen DAF-9 und DAF-12 erfolgt, die schließlich den Stressresistenz- und Langlebigkeit-vermittelnden FOXO-Transkriptionsfaktor DAF-16 hemmen.Da die durch den Hitzestress in CL2006 induzierte Paralyse mit einer erhöhten Menge aggregierter Proteine in Lösung assoziiert war und solche Proteinaggregate als ursächlich für den AD-Phänotyp diskutiert werden, wurde im Folgenden die Bedeutung verschiedener Gene in CL2006 untersucht, die an der zellulären Protein-Homöostase, der Proteostase, beteilgt sind. Die durch RNAi erzielte verminderte Expression der an der unfolded protein response der Mitochondrien (UPRmt) beteiligten mitochondrialen Chaperone HSP-6 und HSP-60 steigerte die Paralyse in CL2006 signifikant. Die UPR des endoplasmatischen Retikulums (UPRER) trug ebenfalls zur Prävention des Alzheimer-Phänotyps bei, da die RNAi des unter ER-Stress aktivierten Gens xbp-1 die Paralyse deutlich erhöhte. Im Gegensatz dazu zeigten die Gene abu-1 und abu-11, die üblicherweise eine blockierte UPRER kompensieren, keinen Einfluss auf die Paralyse. Neben Proteinen, die über die korrekte Faltung von Zielproteinen Einfluss auf den Abeta-induzierten Phänotyp in CL2006 nehmen, konnten sowohl der proteasomale als auch der autophagosomale Abbau von Proteinen als protektive Mechanismen gegenüber dem Auftreten der Paralyse in den Nematoden identifiziert werden.Das in Zwiebeln und Äpfeln reichlich vorkommende Polyphenol Quercetin sowie das in Rotwein enthaltene Resveratrol senkten die Paralyse signifikant. Hierzu reichte eine Konzentration von 1 µM Resveratrol, wohingegen deutlich höhere Quercetinkonzen-trationen notwendig waren. Im Hinblick auf die Abhängigkeit der Polyphenolwirkungen von zentralen Genen der Proteostase wurde gezeigt, dass Quercetin die Paralyse unabhängig von Proteinen der UPRmt und der UPRER senkte, während die Funktionalität des Proteasoms und der Makroautophagie unabdingbare Voraussetzung der reduzierten Paralyse waren. Resveratrol führte ebenfalls zu einem verstärkten Proteinabbau über das proteasomale und, unter Einbeziehung der Chaperon-vermittelten Autophagie, auch über das autophagosomale System. Darüber hinaus war die Resveratrolwirkung, im Gegensatz zu den Quercetineffekten, auch abhängig von der UPRmt und UPRER.Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass der transgene Abeta-exprimierende C. elegans Stamm CL2006 ein hervorragendes Modell darstellt, AD-assoziierte Phänomene auf molekularer Ebene zu erfassen. In der vorliegenden Arbeit wurde aufgezeigt, dass die Versorgung des Oganismus mit Cholesterol den AD-assoziierten Phänotyp über eine Aktivierung des Steroid-Signalweges verstärkt. Desweiteren wurde die Proteostase als zentraler Mechanismus einer Abeta-induzierten Paralyse identifiziert. Die Polyphenole Quercetin und Resveratrol benutzen schließlich unterschiedliche Zielproteine der Proteostase um der Abeta-induzierten Paralyse entgegenzuwirken.
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