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  - Varagnolo, Linda
T1  - PRC2 inhibition counteracts the culture-associated loss of engraftment potential of human cord blood-derived hematopoietic stem/progenitor cells
T1  - Die Inhibition des PRC2 wirkt dem Kultur-bedingten Verlust des Repopulationspotenzials in humanen hämatopoetischen Stammzellen/Vorläuferzellen aus Nabelschnurblut entgegen
N2  - Cord blood hematopoietic stem cells (CB-HSCs) are an outstanding source for the treatment of a variety of malignant and non-malignant disorders. However, the low amount of cells collected per donor is often insufficient for treatment of adult patients. In order to make sufficient numbers of CB-HSCs available for adults, expansion is required. Different approaches were described for HSC expansion, however these approaches are impeded by the loss of engrafting potential during ex vivo culture. Little is known about the underlying molecular mechanisms. Epigenetic mechanisms play essential roles in controlling stem cell potential and fate decisions and epigenetic strategies are considered for HSC expansion. Therefore, this study aimed to characterize global and local epigenotypes during the expansion of human CB-CD34+, a well established CB progenitor cell type, to better understand the molecular mechanisms leading to the culture-associated loss of engrafting potential. Human CB-CD34+ cells were cultured using 2 different cytokine cocktails: the STF cocktail containing SCF, TPO, FGF-1 and the STFIA cocktail, which combines STF with Angiopoietin-like 5 (Angptl5) and Insulin-like growth factor-binding protein 2 (IGFBP2). The latter expands CB-HSCs ex vivo. Subsequently, the NOD-scid gamma (NSG) mouse model was used to study the engraftment potential of expanded cells. Engraftment potential achieved by fresh CB-CD34+ cells was maintained when CB-CD34+ cells were expanded under STFIA but not under STF conditions. To explore global chromatin changes in freshly isolated and expanded CB-CD34+ cells, levels of the activating H3K4me3 and the repressive H3K27me3 histone marks were determined by chromatin flow cytometry and Western blot analyses. For analysis of genome-wide chromatin changes following ex vivo expansion, transcriptome profiling by microarray and chromatin immunoprecipitation combined with deep sequencing (ChIP-seq) were performed. Additionally, local chromatin transitions were monitored by ChIP analyses on promoter regions of developmental and self-renewal factors. On a global level, freshly isolated CD34+ and CD34- cells differed in H3K4me3 and H3K27me3 levels. After 7 days of expansion, CD34+ and CD34- cells adopted similar levels of active and repressive marks. Expanding the cells without IGFBP2 and Angptl5 led to a higher global H3K27me3 level. ChIP-seq analyses revealed a cytokine cocktail-dependent redistribution of H3K27me3 profiles. Chemical inhibition of the H3K27 methyltransferase EZH2 counteracted the culture-associated loss of NSG engraftment potential. Collectively, the data presented in this study revealed that by adding epigeneticly active compounds in the culture media we observed changes on a chromatin level which counteracted the loss of engraftment potential. H3K27me3 rather than H3K4me3 may be critical to establish a specific engraftment supporting transcriptional program. Furthermore, I identified a critical function for the Polycomb repressive complex 2-component EZH2 in the loss of engraftment potential during the in vitro expansion of HPSCs. Taken together this thesis provides a better molecular understanding of chromatin changes upon expansion of CB-HSPCs and opens up new perspectives for epigenetic ex vivo expansion strategies.
N2  - Hämatopoetische Stammzellen aus Nabelschnurblut (CB-HSCs) sind eine bedeutende Quelle für die Behandlung einer Vielzahl maligner und nicht-maligner Erkrankungen. Allerdings ist die geringe Anzahl an Stammzellen, die von einem Spender gewonnen werden kann, meist nicht ausreichend für die Rekonstitution des hämatopoetischen Systems erwachsener Patienten. Um eine ausreichende Menge an CB-HSCs zu gewinnen, ist eine Expansion der Zellen erforderlich. Verschiedene Ansätze zur ex vivo Expansion von HSCs wurden beschrieben, allerdings waren diese Ansätze durch den Verlust des Repopulationspotentials während der ex vivo Kultivierung nicht umsetzbar. Über die zugrundeliegenden Mechanismen ist wenig bekannt. Epigenetische Mechanismen spielen eine entscheidende Rolle in der Kontrolle von Selbsterneuerung und Differenzierung von Stammzellen.  Aus diesem Grund werden epigenetische Strategien zur HSC-Expansion in Betracht gezogen. Das Ziel dieser Studie war, globale und lokale Epigenotypen während der Expansion humaner CB-CD34+-Zellen (CB-Vorläuferzellen) zu charakterisieren. Diese Studien sollten zu einem besseren Verständnis der molekularen Mechanismen, welche zum Kultivierungs-assoziierten Verlust des Repopulationspotentials führen. Humane CB-CD34+-Zellen wurden in zwei verschiedene Zytokin-Cocktails kultiviert: Der sogenannte STF-Cocktail, welcher SCF, TPO und FGF-1 enthält und der STFIA-Cocktail, welcher STF mit Angptl5 und IGFBP2 kombiniert. Aus der Literatur war zu Beginn dieser Doktorarbeit war bekannt, dass CB-HSCs ex vivo in STFIA, nicht aber in STF expandiert werden können. In Übereinstimmung mit diesem Befund zeigen die hier vorgestellten heterologen Transplantationsexperimente, dass das Repopulationspotential frischer CB-CD34+-Zellen nur erhalten blieb, wenn die Zellen unter STFIA, jedoch nicht, wenn sie unter STF-Bedingungen expandiert waren. Um die globalen Chromatinveränderungen frisch isolierter und expandierter Zellen zu untersuchen, wurden die Level der aktivierenden Histonmodifikation H3K4me3 und der repressiven H3K27me3-Modifikation durch Chromatin-Durchflusszytometrie und Western Blot Analyse bestimmt. Zur Analyse der genomweiten Chromatinveränderungen nach ex vivo Expansion wurden Transkriptomprofile durch Mikroarray und Chromatin-Immunpräzipitation, in Kombination mit Deep-Sequencing (ChiP-Seq) durchgeführt.
Zusätzlich wurden lokale Chromatinveränderungen durch ChiP-Analysen an Promotorregionen von Entwicklungs- und Selbsterneuerungs-Faktoren analysiert. Auf globaler Ebene unterschieden sich frisch isolierte CD34+ und CD34- Zellen in ihren H3K4me3 und H3K27me3 Leveln. Nach siebentägiger Expansion nahmen CD34+ und CD34- Zellen ähnliche Level aktiver und repressiver Markierungen an. Die Expansion der Zellen ohne IGFBP2 und Angptl5 führte zu höheren globalen H3K27me3 Leveln. ChiP-seq Analysen zeigten eine Zytokin-Cocktail-abhängige Neuverteilung von H3K27me3 Mustern. Die chemische Inhibition der H3K27me-Transferase EZH2 wirkte dem Kultivierungs-assoziierten Verlust des NSG Repopulationspotentials entgegen. Zusammenfassend zeigen diese Daten, dass durch die Zugabe von spezifischen Zytokinen in das Kulturmedium Veränderungen auf Chromatinebene verbunden sind, die dem kultivierungs-assoziierten Verlust des Repopulationspotentials entgegen wirken. Diese Daten zeigen weiterhin, dass die durch die PRC2 Komponente EZH2 vermittelte H3K27me3, nicht jedoch die H3K4me3 Histonmodifikation ein kritischer Faktor für die Etablierung eines die Repopulation fördernden Transkriptionsprogrammes ist. Somit dient diese Arbeit einem besseren molekularen Verständnis der Chromatinveränderungen während der Expansion von CB-HSPCs und eröffnet eine Perspektive für neue epigenetische ex vivo Expansionsstrategien.
KW  - Epigenetik
KW  - Hämatopoese
KW  - PRC2
KW  - Cord blood-derived hematopoietic stem and progenitor cells
KW  - Hematopoietic stem cell ex-vivo expansion
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-108073
ER  -