Regulation of the calcium-sensing receptor by amyloid-beta-42: implications for Alzheimer's disease

Freba Jabar Zada
De regulatie van calcium-sensing receptor door amyloid-beta en de implicaties voor de ziekte van AlzheimerDe ziekte van Alzheimer (AD) is de meest voorkomende onomkeerbare vorm van dementie. In 1901 beschreef de Duitse psychiater Alois Alzheimer voor de eerste keer deze ziekte. De patiënt was een 50-jarige vrouw met de naam Auguste Deter, die in dat jaar opgenomen was in de psychiatrische inrichting van Frankfurt am Main.

Regulation of the calcium-sensing receptor by amyloid-beta-42: implications for Alzheimer's disease

De regulatie van calcium-sensing receptor door amyloid-beta en de implicaties voor de ziekte van Alzheimer

De ziekte van Alzheimer (AD) is de meest voorkomende onomkeerbare vorm van dementie. In 1901 beschreef de Duitse psychiater Alois Alzheimer voor de eerste keer deze ziekte. De patiënt was een 50-jarige vrouw met de naam Auguste Deter, die in dat jaar opgenomen was in de psychiatrische inrichting van Frankfurt am Main. Na haar dood deed Alois Alzheimer een autopsie op haar hersenen en beschreef eiwitophopingen, amyloïde plaques, aan de buitenkant en rondom de hersencellen.

De ziekte wordt meestal vastgesteld bij personen die ouder zijn dan 65 jaar. Het wordt gekenmerkt door een geleidelijk verlies van geheugen en cognitieve vaardigheden. AD is goed voor meer dan 50% van alle gevallen van dementie, en vandaag zijn meer dan 35 miljoen mensen wereldwijd getroffen. Een exacte diagnose is doorgaans pas mogelijk na overlijden, door de hersenen te onderzoeken voor de aanwezigheid van amyloïde-beta (Aβ) plaques.

Verschillende onderzoeken hebben aangetoond dat de accumulatie van Aβ peptiden rondom de neuronen verantwoordelijk is voor AD. Het Aβ stimuleert de astrocyten waardoor, naast astrocytaire Aβ ook pro-inflammatoire mediatoren zoals interleukin (IL)-1β, tumor necrosis factor (TNF-α) en induced nitric oxid synthase (iNOS) vrijkomen [zie afbeelding].

Bovendien verschillende studies suggereren dat Aβ is betrokken bij de verstoring van cytosolische calcium homeostase. Dus mechanismen die verantwoordelijk zijn voor het handhaven van intracellulair calcium niveaus, waaronder de calcium-sensing receptor (CaSR), kunnen bijdragen tot de pathogenese van AD. Daarnaast is het reeds aangetoond dat Aβ de astrocyten kan activeren en functioneert als een CaSR agonist. Het belangrijkste doel van dit werk was om de rol van CaSR in astrocyten activatie te achterhalen.

Het is reeds gerapporteerd dat Aβ een sterk reactief fenotype in astrocyten induceert waarbij de vlakke polygonale vorm van astrocyten verandert in stervormig, proces-dragende morfologie en een cytoskeletale reorganisatie optreedt.

In dit onderzoek evalueerden we eerst de expressie van CaSR in normale menselijke astrocyten (NHAs). Nadien zijn we op zoek gegaan naar de morfologische verandering van NHAs bij incubatie met een 42 aminozuren lange Aβ peptide (Aβ42) of een CaSR agonist-NPS R-568. Als laatste, onderzochten we de secretie van belangrijke pro-inflammatoire mediatoren (IL-1β, iNOS, TNF-α) die worden vrijgesteld door astrocyten na activering met Aβ.

Op basis van deze experimenten hebben we geconcludeerd dat Aβ42 en NPS-R-568 geen invloed uitoefenen noch op de morfologische kenmerken noch op transcriptionele expressie van pro-inflammatoire mediatoren van NHA subculturen.

Bibliografie

 

1. Blennow K, de Leon MJ, Zetterberg H (2006). Alzheimer's disease. Lancet 368:387-403.

2. Bekris LM, Yu CE, Bird TD, Tsuang DW (2011). Genetics of Alzheimer disease. Journal of geriatric psychiatry and neurology 23:213-227.

3. Perl DP (2000). Neuropathology of Alzheimer's disease and related disorders. Neurologic Clinics. 18:847-+.

4. Selkoe DJ. Alzheimer’s Disease (2011). Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 3(7)

5. Goedert M, Spillantini MG (2006). A century of Alzheimer's disease. Science 314: 777-781.

6. Serrano-Pozo A, Frosch MP, Masliah E, Hyman BT (2011). Neuropathological Alterations in Alzheimer Disease. Cold spring Harbor Perspectives in Biology 3(12)

7. Maltsev AV, Bystryak S, Galzitskaya OV (2011). The role of beta-amyloid peptide in neurodegenerative diseases. Ageing Research Reviews 10:440-452.

8. Hicks DA, Nalivaeva NN, Turner AJ (2012). Lipid rafts and Alzheimer's disease: protein-lipid interactions and perturbation of signaling. Frontiers in physiology 3:189.

9. Schaeffer EL, Figueiro M, Gattaz WF (2011). Insights into Alzheimer disease pathogenesis from studies in transgenic animal models. Clinics 66:45-54.

10. Gotz J, Streffer JR, David D (2004). Transgenic animal models of Alzheimer's disease and related disorders: histopathology, behavior and therapy. Molecular Psychiatry 9:664-683

11. Janus C, Westaway D (2001). Transgenic mouse models of Alzheimer's disease. Physiology and Behaviour 73:873-886.

12. Matyash V, Kettenmann H (2010). Heterogeneity in astrocyte morphology and physiology. Brain research reviews 63:2-10.

13. Sofroniew MV, Vinters HV (2010). Astrocytes: biology and pathology. Acta Neuropathologica 119:7-35.

14. Li CY, Zhao R, Gao K (2011). Astrocytes: Implications for Neuroinflammatory Pathogenesis of Alzheimer's Disease. Current Alzheimer Research 8:67-80.

15. Blasko I, Veerhuis R, Stampfer-Kountchev M, Saurwein-Teissl M, Eikelenboom P, Grubeck-Loebenstein B (2000). Costimulatory effects of interferon-gamma and interleukin-1beta or tumor necrosis factor alpha on the synthesis of Abeta1-40 and Abeta1-42 by human astrocytes. Neurobiology of disease 7:682-689.

16. Rubio-Perez JM, Morillas-Ruiz JM (2012). A review: inflammatory process in Alzheimer's disease, role of cytokines. TheScientificWorld Journal 2012:1-15.

 

17. Yano S, Brown EM, Chattopadhyay N (2004). Calcium-sensing receptor in the brain. Cell calcium 35:257-264.

18. Conley YP, Mukherjee A, Kammerer C (2009). Evidence supporting a role for the calcium-sensing receptor in Alzheimer disease. American journal of medical genetics. Part B, Neuropsychiatric genetics 150B:703-709.

19. Diez-Fraile A, Mussche S, Vanden Berghe T, Espeel M, Vandenabeele P, D'Herde KG (2010). Expression of calcium-sensing receptor in quail granulosa explants: a key to survival during folliculogenesis. Anatomical record 293:890-899.

20. Brown EM, MacLeod RJ (2001). Extracellular calcium sensing and extracellular calcium signaling. Physiological reviews 81:239-297.

21. Chattopadhyay N, Evliyaoglu C, Heese O (2000). Regulation of secretion of PTHrP by Ca(2+)-sensing receptor in human astrocytes, astrocytomas, and meningiomas. American Journal of Physiology. Cell physiology 279:C691-699.

22. Hu J, Reyes-Cruz G, Goldsmith PK, Gantt NM, Miller JL, Spiegel AM (2007). Functional effects of monoclonal antibodies to the purified amino-terminal extracellular domain of the human Ca(2+) receptor. Journal of bone and mineral research 22:601-608.

23. Jensen AA, Brauner-Osborne H (2007). Allosteric modulation of the calcium-sensing receptor. Current neuropharmacology 5:180-186.

24. Magno AL, Ward BK, Ratajczak T (2011). The calcium-sensing receptor: a molecular perspective. Endocrine reviews 32:3-30.

25. Ye C, Ho-Pao CL, Kanazirska M (1997). Amyloid-beta proteins activate Ca(2+)-permeable channels through calcium-sensing receptors. Journal of neuroscience research 47:547-554.

26. Dal Pra I, Chiarini A, Nemeth EF, Armato U, Whitfield JF (2005). Roles of Ca

2+ and the Ca2+-sensing receptor (CASR) in the expression of inducible NOS (nitric oxide synthase)-2 and its BH4 (tetrahydrobiopterin)-dependent activation in cytokine-stimulated adult human astrocytes. Journal of cellular biochemistry 96:428-438.

27. Tfelt-Hansen J, Ferreira A, Yano S (2005). Calcium-sensing receptor activation induces nitric oxide production in H-500 Leydig cancer cells. American journal of physiology. Endocrinology and metabolism 288:E1206-1213.

28. Zhao J, O'Connor T, Vassar R (2011). The contribution of activated astrocytes to Aβ production: implications for Alzheimer's disease pathogenesis. Journal of neuroinflammation 8:150-167.

29. Salinero O, Moreno-Flores MT, Ceballos ML, Wandosell F (1997). beta-Amyloid peptide induced cytoskeletal reorganization in cultured astrocytes. Journal of neuroscience research 47:216-223.

30. Hu J, Akama KT, Krafft GA, Chromy BA, Van Eldik LJ (1998). Amyloid-beta peptide activates cultured astrocytes: morphological alterations, cytokine induction and nitric oxide release. Brain research 785:195-206.

 

31. Dell'Aquila ME, De Santis T, Cho YS (2006). Localization and quantitative expression of the calcium-sensing receptor protein in human oocytes. Fertility and sterility 1:1240-1247.

32. Shin TM, Isas JM, Hsieh CL (2008). Formation of soluble amyloid oligomers and amyloid fibrils by the multifunctional protein vitronectin. Molecular neurodegeneration 3:16.

33. Chattopadhyay N, Espinosa-Jeffrey A, Tfelt-Hansen J (2008). Calcium receptor expression and function in oligodendrocyte commitment and lineage progression: potential impact on reduced myelin basic protein in CaR-null mice. Journal of neuroscience research 86:2159-2167.

34. Rohl C, Lucius R, Sievers J (2007). The effect of activated microglia on astrogliosis parameters in astrocyte cultures. Brain research 1129:43-52.

35. Qin AP, Liu CF, Qin YY (2010). Autophagy was activated in injured astrocytes and mildly decreased cell survival following glucose and oxygen deprivation and focal cerebral ischemia. Autophagy 6:738-753.

36. Ramakers GJA, Moolenaar WH (1998). Regulation of astrocyte morphology by RhoA and lysophosphatidic acid. Experimantal Cell Research 245:252-262.

37. Nagayasu T, Miyata S, Hayashi N, Takano R, Kariya Y, Kamei K (2005). Heparin structures in FGF-2-dependent morphological transformation of astrocytes. Journal of Biomedical Materials Research 74A:374-380.

38. Barnea A, Roberts J, Keller P, Word RA (2001). Interleukin-1 beta induces expression of neuropeptide Y in primary astrocyte cultures in a cytokine-specific manner: induction in human but not rat astrocytes. Brain research 896:137-145.

39. Alarcon R, Fuenzalida C, Santibanez M, von Bernhardi R (2005). Expression of scavenger receptors in glial cells. Comparing the adhesion of astrocytes and microglia from neonatal rats to surface-bound beta-amyloid. The Journal of biological chemistry 280:30406-30415.

40. Shao Y, McCarthy KD (1994). Plasticity of astrocytes. Glia 11:147-155.

41. Nuutinen T, Huuskonen J, Suuronen T, Ojala J, Miettinen R, Salminen A (2007). Amyloid-beta 1-42 induced endocytosis and clusterin/apoJ protein accumulation in cultured human astrocytes. Neurochemistry international 50:540-547.

42. Wang D, Pedraza PL, Abdullah HI, McGiff JC, Ferreri NR (2002). Calcium-sensing receptor-mediated TNF production in medullary thick ascending limb cells. American Journal of Physiology. Renal physiology 283:F963-970.

43. Vanzani MC, Iacono RF, Alonso A, Berria MI (2003). Immunochemical expression of proliferative cell nuclear antigen in aging cultured astrocytes. Medicina 63:303-306.

Universiteit of Hogeschool
Biomedische wetenschappen
Publicatiejaar
2013
Kernwoorden
Share this on: