TY  - THES
A1  - Bartl, Jasmin
T1  - Impairment of insulin signaling pathway in Alzheimer’s disease
T1  - Beeinträchtigung des Insulinsignalweges bei Alzheimer Demenz
N2  - The neurodegenerative disorder Alzheimer's disease (AD) is the cause of approximately 60% of the world's 35 million patients suffering from dementia. Current research focuses here are on association with other diseases such as diabetes type 2 (T2DM), possible genetic markers, specific signal transduction pathways within the brain and potential protein modification, because the pathogenesis and etiology of AD are still not fully understood. Specifically association of T2DM with AD came to the focus with the so-called "Rotterdam study" in 1999, indicating that T2DM doubles the risk of developing AD. In the meantime, it is known that the prevalence rate in patients with T2DM is 30%. Drugs commonly used in the treatment of T2DM such as peroxisome proliferator-activated receptors gamma (PPARγ) agonists show improvement of the cognitive abilities in patients with early stage of dementia, with potential therapeutically relevance. Therefore it is important not only to investigate a link between these diseases, but also to investigate the insulin signaling pathway in the brain of AD patients. In order to investigate this complex issue in more details and demonstrate additional links between T2DM and AD, the present study used several basic biological methods to clarify the question: "Is impaired insulin signaling pathway within the brain crucial for the development of AD?" from several points of view. The methods used in this work have been i) an analysis of single nucleotide (SNP) polymorphism of the insulin-degrading enzyme gene (IDE) in relation to risk of AD and / or of T2DM, ii) post-mortem histochemical studies of brain tissue of patients with only AD, with AD combined with T2DM and with only T2DM compared with an age-matched control group, and iii.) investigations of neurochemical pathways and gene/protein expression changes of a human cell culture as a consequences of amyloid β (Aβ) treatment. After analysis of the IDE SNP polymorphism in the selected VITA (Vienna Trans Danube Aging) cohort disease-specific effects were discovered. The upstream polymorphism (IDE2) was found to influence AD risk in a protective manner, while the downstream polymorphism (IDE7) modified the T2DM risk. Based on the SNP results, the presented study delineate the model that IDE promoter and 3‟ untranslated region/downstream variation can have different effects on IDE expression, maybe a relevant endophenotype with disorder-specific effects on AD and T2DM susceptibility. Furthermore, the human post-mortem studies could show that both AD as well as T2DM patients had a significantly lower density of the insulin receptor (IR) in the hippocampus, whereas a significantly increased density of inactive phosphorylated PPARγ has been found and this persisted even in patients with both diseases. Summarizing the histological study, it was possible to reveal common histological features of AD and T2DM, but no direct connection between the two diseases. Although AD is nowadays not only characterized by amyloid-containing plaque deposits and by the hyperphosphorylation of tau protein, the excessive Aβ42 presence in the brains of AD patients is still playing a key role. Up to date it is still not entirely clear which physical form of Aβ42 is responsible for the development of AD. The present work investigated, what impact has the state of aggregation of Aβ42 on genes and proteins of the insulin signaling pathway and the amyloid cascade. It could be shown that the oligomeric variant enhanced specifically the gene and protein expression of glycogen synthase kinase (GSK) 3β and also the enzyme activity was significantly increased, but has in turn strongly inhibited the IR gene and protein expression. Additionally, the effect of Aβ42 on monoamine oxidase B (MAO-B) was examined. An effect of both aggregated forms of Aβ42 had on enzyme activity was discovered. However, the fibrillar variants led to significantly increased activity of MAO-B while the oligomeric variants inhibited the enzyme activity. Several previous studies have demonstrated the involvement of increased MAO-B activity in AD, but the present work provides for the first time a direct link between the states of aggregation of Aβ42 to enzyme activity. Finally the results of the presented thesis can be summarized to following conclusion: Although AD and T2DM sharing some degrees of common features, still there is a lack of direct association, and therefore the diseases must be considered more independent rather than linked. But the impaired cerebral insulin signaling pathway seems to be another manifested hallmark of AD.
N2  - Die neurodegenerative Erkrankung Alzheimer Demenz (AD) ist für etwa 60% der weltweit 35 Millionen Demenz Patienten ursächlich. Die aktuelle Forschung konzentriert sich hierbei auf Assoziationen mit anderen Erkrankungen wie Diabetes Typ 2 (T2DM), potentielle genetische Marker, spezifische Signaltransduktionswege im Gehirn und mögliche Modifizierung von Proteinen, da weder die Pathogenese noch die Ätiologie von AD vollständig geklärt ist. Im Jahr 1999 rückte durch die so genannte "Rotterdam-Studie" eine mögliche Verbindung zwischen T2DM und AD in den besonderen Fokus der Wissenschaft, da die Studie darauf hinweist, dass T2DM das Risiko eine AD zu entwickeln verdoppeln kann. In der Zwischenzeit ist bekannt, dass die Prävalenz an einer AD zu erkranken bei Patienten mit T2DM 30% beträgt. Zusätzlich zeigten Medikamente, die häufig zur Behandlung von T2DM eingesetzt werden, wie PPARγ Peroxisom-Proliferator-aktivierte Rezeptoren gamma) Agonisten, eine Verbesserung der kognitiven Leistung bei Patienten mit einem frühen Stadium der AD.Um dieses komplexe Thema in weiteren Details zu untersuchen und zusätzliche Verbindungen zwischen T2DM und AD aufzuzeigen,verwendet die vorliegende Studie mehrere biologische Grundlagenmethoden, um die Frage zu klären: "Ist ein beeinträchtigter zerebraler Insulin-Signalweg entscheidend für die Entwicklung einer AD?" Die in dieser Arbeit verwendete Methoden waren i) eine Analyse von Einzel-Nukleotid-Poly-morphismen (SNP) des Insulin-abbauende Enzym (IDE) Gens in Bezug auf das Risiko eine AD und/oder T2DM zu entwickeln; ii) post-mortem histochemische Untersuchungen des Gehirngewebes von Patienten mit nur AD, mit AD und T2DM, und mit nur T2DM verglichen mit einer altersangepassten Kontrollgruppe; und iii) Untersuchungen neurobiologischer Signalwege und Gen-/Protein-Expressions Veränderung einer humanen Neuroblastoma Zelllinie nach Behandlung mit Amyloid β (Aβ) Peptiden. Nach der Analyse der IDE-SNPs in der ausgewählten VITA (Vienna Transdanube Aging) Kohorte wurden krankheitsspezifische Effekte entdeckt. Der Upstream-Polymorphismus (IDE2) minderte das Risiko an einer AD zu erkranken, während der downstream gelegene Polymorphismus (IDE7) das Risiko T2DM zu bekommen, erhöhte. Basierend auf den SNP Ergebnissen, beschreibt die vorliegende Studie ein Modell,das Variationen innerhalb des IDE Promotors und/oder in untranslatierten Regionen unterschiedliche Auswirkungen auf die IDE Expression haben können und somit potentiell Auswirkungen auf die Entwicklung von AD und T2DM haben können. Darüber hinaus konnte die menschliche post-mortem Studie zeigen,dass sowohl AD als auch T2DM Patienten eine signifikant geringere Dichte der Insulin-Rezeptoren (IR) im Hippo-kampus hatten, während eine signifikant erhöhte Dichte von inaktiven phosphorylierten PPARγ bei allen Patientengruppen detektiert werden konnte. Die vorliegende post-mortem Studie konnte zwar gemeinsame histologische Merkmale von AD und T2DM aufzeigen, jedoch keine direkte Verbindung der beiden Erkrankungen nachweisen. Obwohl AD heutzutage nicht mehr nur noch durch die Amyloid-haltigen Plaqueablagerungen und durch die hyperphosphorylierten Tau Proteine gekennzeichnet ist, spielt das übermäßige Vorhandensein von Aβ42 in den Gehirnregionen von AD Patienten eine entscheidende Schlüsselrolle. Bis dato ist es immer noch nicht vollständig geklärt, welche physikalische Form von Aß42 verantwortlich für eine Entwicklung von AD ist. Die vorliegende Arbeit untersuchte, welche Auswirkungen die Aggregatszustände von Aß42 auf Gene und Proteine des Insulin-Signalweges und auf die Amyloid-Kaskade haben. Es konnte gezeigt werden, dass die oligomere Variante von Aß42 speziell die Gen- und Proteinexpression von Glykogen-Synthase Kinase (GSK) 3β als auch ihre Enzymaktivität deutlich erhöht hatte, jedoch im Gegenzug die IR Gen- und Proteinexpression stark gehemmt hatte. Zusätzlich wurde die Wirkung von Aß42 auf die Monoamin Oxidase-B (MAO-B) untersucht. Es wurde ein Effekt beider untersuchten aggregierten Formen von Aß42 auf die Enzymaktivität entdeckt. Jedoch führte hier die fibrilläre Variante zu einer deutlich erhöhten Aktivität von MAO-B, während die oligomere Variante die Enzymaktivität inhibiert. Frühere Studien konnten bereits eine Beteiligung von erhöhter MAO-B-Aktivität in AD nachweisen, aber die vorliegende Arbeit zeigt erstmals eine direkte Verbindung zwischen den Aggregatzuständen von Aß42 auf die Enzymaktivität auf. Abschließend können die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zu folgenden Schluss-folgerungen zusammengefasst werden: Obwohl AD und T2DM bis zu einem gewissen Grad gemeinsame Merkmale aufzeigen, fehlt es an einer direkten Verbindung, und somit sollten die Krankheiten weiterhin eher unabhängig als miteinander verbunden betrachtet werden. Jedoch scheint die Beeinträchtigung des zerebralen Insulin Signalweges ein weiteres gefestigtes Merkmal von AD zu sein.
KW  - Alzheimer-Krankheit
KW  - Amyloid <beta->
KW  - Insulinrezeptor
KW  - Diabetes mellitus
KW  - Neurobiologie
KW  - Insulinsignalweg
KW  - Alzheimer Dementia
KW  - type 2 diabetes mellitus
KW  - amyloid beta
KW  - insulin receptor
KW  - insulin pathway
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-74197
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kehlenbrink, Sylvia
T1  - Inhibiting Gluconeogenesis (GNG) Prevents the Effects of Free Fatty Acids (FFA) on Hepatic Glucose Effectiveness (GE)
T1  - Die Inhibierung der Glukoneogenese verhindert die Beeinträchtigung freier Fettsäuren auf die hepatische Glukoseeffektivität
N2  - Free fatty acids (FFA) modulate the effectiveness of glucose to suppress endogenous glucose production (EGP), and increased FFA levels contribute importantly to the loss of glucose effectiveness in type 2 diabetes mellitus (T2DM). Elevating FFA levels in nondiabetic (ND) subjects for at least 6h both increases gluconeogenesis (GNG) and impairs glucose effectiveness. Therefore, we wished to define the extent to which an increase in GNG is responsible for the loss of glucose effectiveness and whether EGP can be inhibited in the presence of elevated plasma FFA by inhibiting GNG with ethanol. To determine the effect of inhibiting GNG on glucose effectiveness, EGP ([3-3H]-glucose) was measured during three separate 7h normoglycemic/hyperglycemic pancreatic clamp studies (somatostatin; basal glucagon/GH/insulin replacement) in n=7 ND subjects (1F/6M; age=45±5 yr; BMI=27.6±3.0 kg/m2). Following an initial 210 min interval of euglycemia (5 mmol/l), blood glucose levels were raised to hyperglycemic levels (10 mmol/l) from t=210-420 min. The first pancreatic clamp study was a baseline study with saline infusions (Lip-/Et-). Lipid emulsion (Liposyn 20%) was infused throughout the second and third study types (Lip+ and Lip+/Et+) to increase FFA to T2DM levels (~ 500 mmol/l). In addition to Liposyn, ethanol (Et) was infused during hyperglycemia in the third study type (Lip+/Et+), using a pharmacokinetic algorithm to attain GNG-inhibiting ethanol levels of 80 mg/dl within 20 min. Under baseline conditions, hyperglycemia suppressed EGP by 61%. After raising plasma FFA to T2DM levels, suppression of EGP by hyperglycemia was impaired in Lip+ (34% decrease). During the Lip+/Et+ co-infusion studies the infusion of ethanol enhanced suppression of EGP by hyperglycemia (65.8% decrease, P=0.004 vs. Lip+) and thus restored glucose effectiveness (P=0.6 vs. Lip-/Et-). Thus, our results confirm the striking effects of elevated plasma FFA to impair glucose effectiveness and suggest that increased GNG contributes importantly to this loss of regulation. Inhibiting GNG could be an effective means of lowering EGP and improving glucose effectiveness in T2DM.
N2  - Freie Fettsäuren (FFA) modulieren die Fähigkeit von Glukose die endogene Glukoseproduktion (EGP) zu unterdrücken und spielen eine wichtige Rolle bei dem Verlust der Glukoseeffektivität bei Typ-2-Diabetes mellitus (T2DM). Die Erhöhung freier Fettsäuren in Nicht-Diabetikern (ND) für mindestens 6 Stunden steigert die Glukoneogenese (GNG) und beeinträchtigt die Glukoseeffektivität. Ziel dieser Studien war es daher zu erkennen inwiefern die GNG für den Verlust der Glukoseeffektivität verantwortlich ist und ob die EGP in der Gegenwart von erhöhten FFA, durch die Inhibierung der GNG mit Ethanol, gehemmt werden kann. Um die Auswirkung der Hemmung der GNG auf die Glukoseeffektivität zu bestimmen haben wir die EGP ([3-3H]-glucose) während drei verschiedener normoglykämischen/ hyperglykämischen ‘Pancreatic Clamp’ Studien (Infusion von Somatostatin; Ersetzung basaler Konzentrationen von Glukagon, GH, und Insulin) von jeweils 7 Stunden Dauer in n=7 ND Probanden (1W/6M; Alter=45±5 Jahre; BMI=27.6±3.0 kg/m2) gemessen. Nach einer initialen Phase der Euglykämie (Blutglukosekonzentration bei 5 mmol/l; t=0-210 Minuten) wurde für den Zeitintervall t=210-420 Minuten die Blutglukosekonzentration auf 10 mmol/l erhöht. Die erste ‘Pancreatic Clamp’ Studie war eine Kontrollstudie mit Infusion einer NaCl-Lösung (Lip-/Et-). Eine Lipidemulsion (Liposyn 20%) wurde während der zweiten und dritten Studie (Lip+ und Lip+/Et-) infundiert, um die FFA Plasmaspiegel auf Konzentrationen zu erhöhen, die charakteristisch für den T2DM sind (~ 500 mmol/l). In Ergänzung zu Liposyn wurde Ethanol (Et) während der hyperglykämischen Phase der dritten Studie (Lip+/Et+) zugeführt. Mittels eines pharmakokinetischen Algorithmus wurden innerhalb von 20 Minuten Ethanolwerte erreicht die die GNG hemmen (~80 mg/dl). In den Kontrollstudien verminderte sich die EGP um 61% mit Einsetzen der Hyperglykämie. Nach Infusion von Liposyn in den Lip+ Studien verminderte sich die EGP in Folge der Hyperglykämie jedoch nur um 34%. Die GNG wurde rasch durch die Infusion von Ethanol in den Lip+/Et+ Studien gehemmt und verbesserte signifikant die hyperglykämie-induzierte Suppression der EGP (65% Verminderung der EGP, P=0.004 vs. Lip+). Dadurch wurde die normale Glukoseeffektivität wiederhergestellt (P=0.6 vs. Lip-/Et-). Diese Ergebnisse bestätigen die markante Rolle erhöhter Plasma FFA-Spiegel für die Beeinträchtigung der Glukoseeffektivität und deuten auf die Zentrale Rolle der GNG für den Verlust dieser Regulierung hin. Die Inhibierung der GNG könnte eine effektive Maßnahme sein, die EGP bei T2DM zu vermindern und die Glukoseeffektivität wiederherzustellen.
KW  - Gluconeogenese
KW  - Freie Fettsäuren
KW  - Diabetes mellitus
KW  - Glukoseeffektivität
KW  - Gluconeogenesis
KW  - free fatty acids
KW  - type 2 diabetes mellitus
KW  - glucose effectiveness
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-48389
ER  -