Modulation mikroglialer Zellen in der Alzheimer-assoziierten Neuroinflammation

Die Alzheimer-Krankheit (AD) ist die weltweit häufigste, nicht kausal behandelbare, neurodegenerative Erkrankung. Charakteristisch für AD ist der neuronale Zelluntergang, die Bildung von Amyloid-Beta (Aβ)-Plaques und Neurofibrillen sowie eine Aktivierung mikroglialer Zellen und damit einhergehende Neuroinflammation. Oligomere Formen des Aβ-Peptids scheinen dabei besonders toxisch für die Neurone und immunsti-mulatorisch für die Mikrogliazellen zu sein. Durch die Modulation der Alzheimer-assoziierten Neuroinflammation könnte der Verlauf von AD positiv beeinflusst werden. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von natürlich vorkommenden Autoantikörpern gegen Aβ (nAbs-Aβ) und CyPPA (Cyclohexyl-[2-(3,5-dimethyl-pyrazol-1-yl)-6-methyl-pyrimidin-4-yl]-amine), einem SK-Kanal-Aktivator, auf die Aktivierung primärer mikroglialer Zellen untersucht. Um die Wirkung von nAbs-Aβ auf Aβ-Oligomer-behandelte Mikrogliazellen zu untersuchen, wurde zunächst der Einfluss von nAbs-Aβ auf die Viabilität Aβ-behandelter mikroglialer Zellen untersucht. nAbs-Aβ zeigten keinen Einfluss auf die durch Aβ-Oligomere hervorgerufene Reduktion in der Viabilität. Allerdings konnte ein Anstieg der Phosphorylierung der MAP-Kinase p38 mit einhergehendem Anstieg der pro-inflammatorischen Zytokine IL-6 und TNF-α bei Co-Administration von nAbs-Aβ mit Aβ-Oligomeren in vitro gemessen werden. Die Aufnahme von Aβ-Oligomeren aus dem Extrazellularraum in mikrogliale Zellen verdoppelte sich durch die Behandlung mit nAbs-Aβ. Interessanterweise hat der Einfluss von nAbs-Aβ auf Viabilität, Zytokinausschüttung und Phagozytose auf Aβ-behandelte Mikrogliazellen einen positiven Effekt auf primäre Neurone in vitro. Hierfür wurden primäre Neurone in Überständen von behandelten Mikrogliazellen kultiviert. Primäre Neurone, die in Überständen von Mikro-gliazellen, die sowohl mit nAbs-Aβ als auch mit Aβ-Oligomeren behandelt wurden, kultiviert wurden, zeigten eine signifikant höhere Viabilität als solche, die in Mikroglia-Überständen kultiviert wurden, die nur mir Aβ-Oligomeren behandelt wurden. Der Einfluss von nAbs-Aβ auf die Alzheimer-assoziierte Neuroinflammation wurde auch in vivo in Tg2576 Mäusen untersucht. Dabei zeigte sich ein altersabhängiger Effekt: in jungen Tieren zeigte sich kein Effekt von nAbs-Aβ, wohingegen in alten Tieren die Sekretion sämtlicher pro-inflammatorischer Zytokine durch die einmalige Applikation von nAbs-Aβ auf Wildtyp-Niveau abgesenkt werden konnte. Auch mit der Anwendung der zweiten Substanz, CyPPA, auf primäre mikrogliale Zellen konnte der Aktivierungszustand der Zellen moduliert werden. Dies wurde mit zwei unterschiedlichen Herangehensweisen untersucht. Einerseits konnte mit Impedanz-basierten Messungen gezeigt werden, dass sich die Morphologie LPS-aktivierter Mikrogliazellen durch die Behandlung mit CyPPA der Morphologie unbehandelter Zellen angleicht. Zum anderen hatte CyPPA einen inhibierenden Einfluss auf die Sekretion pro-inflammatorischer Zytokine und des pro-inflammatorischen Signalmoleküls NO. Durch die Anwendung SK-Kanal Subtyp spezifischer inhibitorischer Peptide konnte für IL-6 und NO – nicht aber für TNF-α, eine Abhängigkeit der SK3-Kanal-Aktivität gezeigt werden. Zudem ist die Ausschüttung von IL-6 Ca+2-abhängig. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass durch die Applikation von nAbs-Aβ in vivo keine Zunahme der Neuroinflammation zu beobachten ist. Bei sehr alten Tieren konnte sogar eine anti-inflammatorische Wirkung gezeigt werden. Zusätzlich lässt sich in vitro mit der Applikation von nAbs-Aβ eine deutliche Steigerung der Phagozytoserate von Aβ-Oligomeren feststellen. Der modulierende Effekt von nAbs-Aβ auf Mikrogliazellen wirkt sich zudem indirekt auf die neuronale Viabilität aus. Die Anwendung dieser körpereigenen Antikörper bietet im Vergleich zu monoklonalen Antikörpern oder aktiven Immunisierungsstrategien den Vorteil geringerer Nebenwirkungen, da dem Körper mit der Behandlung natürlich vorkommender Autoantikörper keine körperfremden Substanzen verabreicht werden und somit eine Aktivierung des Immunsystems unwahr-scheinlich wird. Der Einsatz von CyPPA in vitro zeigte vielversprechende Wirkung auf aktivierte Mikrogliazellen und sollte Gegenstand weiterer in vivo Studien sein. Da sich beide Substanzen auch positiv auf Neurone auswirken, sind sie vielversprechende Kandidaten für die Modulation der Alzheimer-assoziierten Neuroinflammation

IGF1R expression by adult oligodendrocytes is not required in the steady-state but supports neuroinflammation.

In the central nervous system (CNS), insulin-like growth factor 1 (IGF-1) regulates myelination by oligodendrocyte (ODC) precursor cells and shows anti-apoptotic properties in neuronal cells in different in vitro and in vivo systems. Previous work also suggests that IGF-1 protects ODCs from cell death and enhances remyelination in models of toxin-induced and autoimmune demyelination. However, since evidence remains controversial, the therapeutic potential of IGF-1 in demyelinating CNS conditions is unclear. To finally shed light on the function of IGF1-signaling for ODCs, we deleted insulin-like growth factor 1 receptor (IGF1R) specifically in mature ODCs of the mouse. We found that ODC survival and myelin status were unaffected by the absence of IGF1R until 15 months of age, indicating that IGF-1 signaling does not play a major role in post-mitotic ODCs during homeostasis. Notably, the absence of IGF1R did neither affect ODC survival nor myelin status upon cuprizone intoxication or induction of experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), models for toxic and autoimmune demyelination, respectively. Surprisingly, however, the absence of IGF1R from ODCs protected against clinical neuroinflammation in the EAE model. Together, our data indicate that IGF-1 signaling is not required for the function and survival of mature ODCs in steady-state and disease

Citizen science and the United Nations Sustainable Development Goals

Traditional data sources are not sufficient for measuring the United Nations Sustainable Development Goals. New and non-traditional sources of data are required. Citizen science is an emerging example of a non-traditional data source that is already making a contribution. In this Perspective, we present a roadmap that outlines how citizen science can be integrated into the formal Sustainable Development Goals reporting mechanisms. Success will require leadership from the United Nations, innovation from National Statistical Offices and focus from the citizen-science community to identify the indicators for which citizen science can make a real contribution

Contours of citizen science: a vignette study

Citizen science has expanded rapidly over the past decades. Yet, defining citizen science and its boundaries remained a challenge, and this is reflected in the literature-for example in the proliferation of typologies and definitions. There is a need for identifying areas of agreement and disagreement within the citizen science practitioners community on what should be considered as citizen science activity. This paper describes the development and results of a survey that examined this issue, through the use of vignettes-short case descriptions that describe an activity, while asking the respondents to rate the activity on a scale from 'not citizen science' (0%) to 'citizen science' (100%). The survey included 50 vignettes, of which five were developed as clear cases of not-citizen science activities, five as widely accepted citizen science activities and the others addressing 10 factors and 61 sub-factors that can lead to controversy about an activity. The survey has attracted 333 respondents, who provided over 5100 ratings. The analysis demonstrates the plurality of understanding of what citizen science is and calls for an open understanding of what activities are included in the field

Modulation mikroglialer Zellen in der Alzheimer-assoziierten Neuroinflammation

Die Alzheimer-Krankheit (AD) ist die weltweit häufigste, nicht kausal behandelbare, neurodegenerative Erkrankung. Charakteristisch für AD ist der neuronale Zelluntergang, die Bildung von Amyloid-Beta (Aβ)-Plaques und Neurofibrillen sowie eine Aktivierung mikroglialer Zellen und damit einhergehende Neuroinflammation. Oligomere Formen des Aβ-Peptids scheinen dabei besonders toxisch für die Neurone und immunsti-mulatorisch für die Mikrogliazellen zu sein. Durch die Modulation der Alzheimer-assoziierten Neuroinflammation könnte der Verlauf von AD positiv beeinflusst werden. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von natürlich vorkommenden Autoantikörpern gegen Aβ (nAbs-Aβ) und CyPPA (Cyclohexyl-[2-(3,5-dimethyl-pyrazol-1-yl)-6-methyl-pyrimidin-4-yl]-amine), einem SK-Kanal-Aktivator, auf die Aktivierung primärer mikroglialer Zellen untersucht. Um die Wirkung von nAbs-Aβ auf Aβ-Oligomer-behandelte Mikrogliazellen zu untersuchen, wurde zunächst der Einfluss von nAbs-Aβ auf die Viabilität Aβ-behandelter mikroglialer Zellen untersucht. nAbs-Aβ zeigten keinen Einfluss auf die durch Aβ-Oligomere hervorgerufene Reduktion in der Viabilität. Allerdings konnte ein Anstieg der Phosphorylierung der MAP-Kinase p38 mit einhergehendem Anstieg der pro-inflammatorischen Zytokine IL-6 und TNF-α bei Co-Administration von nAbs-Aβ mit Aβ-Oligomeren in vitro gemessen werden. Die Aufnahme von Aβ-Oligomeren aus dem Extrazellularraum in mikrogliale Zellen verdoppelte sich durch die Behandlung mit nAbs-Aβ. Interessanterweise hat der Einfluss von nAbs-Aβ auf Viabilität, Zytokinausschüttung und Phagozytose auf Aβ-behandelte Mikrogliazellen einen positiven Effekt auf primäre Neurone in vitro. Hierfür wurden primäre Neurone in Überständen von behandelten Mikrogliazellen kultiviert. Primäre Neurone, die in Überständen von Mikro-gliazellen, die sowohl mit nAbs-Aβ als auch mit Aβ-Oligomeren behandelt wurden, kultiviert wurden, zeigten eine signifikant höhere Viabilität als solche, die in Mikroglia-Überständen kultiviert wurden, die nur mir Aβ-Oligomeren behandelt wurden. Der Einfluss von nAbs-Aβ auf die Alzheimer-assoziierte Neuroinflammation wurde auch in vivo in Tg2576 Mäusen untersucht. Dabei zeigte sich ein altersabhängiger Effekt: in jungen Tieren zeigte sich kein Effekt von nAbs-Aβ, wohingegen in alten Tieren die Sekretion sämtlicher pro-inflammatorischer Zytokine durch die einmalige Applikation von nAbs-Aβ auf Wildtyp-Niveau abgesenkt werden konnte. Auch mit der Anwendung der zweiten Substanz, CyPPA, auf primäre mikrogliale Zellen konnte der Aktivierungszustand der Zellen moduliert werden. Dies wurde mit zwei unterschiedlichen Herangehensweisen untersucht. Einerseits konnte mit Impedanz-basierten Messungen gezeigt werden, dass sich die Morphologie LPS-aktivierter Mikrogliazellen durch die Behandlung mit CyPPA der Morphologie unbehandelter Zellen angleicht. Zum anderen hatte CyPPA einen inhibierenden Einfluss auf die Sekretion pro-inflammatorischer Zytokine und des pro-inflammatorischen Signalmoleküls NO. Durch die Anwendung SK-Kanal Subtyp spezifischer inhibitorischer Peptide konnte für IL-6 und NO – nicht aber für TNF-α, eine Abhängigkeit der SK3-Kanal-Aktivität gezeigt werden. Zudem ist die Ausschüttung von IL-6 Ca+2-abhängig. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass durch die Applikation von nAbs-Aβ in vivo keine Zunahme der Neuroinflammation zu beobachten ist. Bei sehr alten Tieren konnte sogar eine anti-inflammatorische Wirkung gezeigt werden. Zusätzlich lässt sich in vitro mit der Applikation von nAbs-Aβ eine deutliche Steigerung der Phagozytoserate von Aβ-Oligomeren feststellen. Der modulierende Effekt von nAbs-Aβ auf Mikrogliazellen wirkt sich zudem indirekt auf die neuronale Viabilität aus. Die Anwendung dieser körpereigenen Antikörper bietet im Vergleich zu monoklonalen Antikörpern oder aktiven Immunisierungsstrategien den Vorteil geringerer Nebenwirkungen, da dem Körper mit der Behandlung natürlich vorkommender Autoantikörper keine körperfremden Substanzen verabreicht werden und somit eine Aktivierung des Immunsystems unwahr-scheinlich wird. Der Einsatz von CyPPA in vitro zeigte vielversprechende Wirkung auf aktivierte Mikrogliazellen und sollte Gegenstand weiterer in vivo Studien sein. Da sich beide Substanzen auch positiv auf Neurone auswirken, sind sie vielversprechende Kandidaten für die Modulation der Alzheimer-assoziierten Neuroinflammation

Open Access

Mechanisms of action of naturally occurring antibodies against β-amyloid on microgli

Measuring compounds in exhaled air to detect Alzheimer´s disease and Parkinson´s disease

Background Alzheimer’s disease (AD) is diagnosed based upon medical history, neuropsychiatric examination, cerebrospinal fluid analysis, extensive laboratory analyses and cerebral imaging. Diagnosis is time consuming and labour intensive. Parkinson’s disease (PD) is mainly diagnosed on clinical grounds. Objective The primary aim of this study was to differentiate patients suffering from AD, PD and healthy controls by investigating exhaled air with the electronic nose technique. After demonstrating a difference between the three groups the secondary aim was the identification of specific substances responsible for the difference(s) using ion mobility spectroscopy. Thirdly we analysed whether amyloid beta (Aβ) in exhaled breath was causative for the observed differences between patients suffering from AD and healthy controls. Methods We employed novel pulmonary diagnostic tools (electronic nose device/ion-mobility spectrometry) for the identification of patients with neurodegenerative diseases. Specifically, we analysed breath pattern differences in exhaled air of patients with AD, those with PD and healthy controls using the electronic nose device (eNose). Using ion mobility spectrometry (IMS), we identified the compounds responsible for the observed differences in breath patterns. We applied ELISA technique to measure Aβ in exhaled breath condensates. Results The eNose was able to differentiate between AD, PD and HC correctly. Using IMS, we identified markers that could be used to differentiate healthy controls from patients with AD and PD with an accuracy of 94%. In addition, patients suffering from PD were identified with sensitivity and specificity of 100%. Altogether, 3 AD patients out of 53 participants were misclassified. Although we found Aβ in exhaled breath condensate from both AD and healthy controls, no significant differences between groups were detected. Conclusion These data may open a new field in the diagnosis of neurodegenerative disease such as Alzheimer’s disease and Parkinson’s disease. Further research is required to evaluate the significance of these pulmonary findings with respect to the pathophysiology of neurodegenerative disorders

Naturally occurring alpha-synuclein autoantibodies in Parkinson's disease: sources of (error) variance in biomarker assays.

Alpha-synuclein (α-Syn) plays a pivotal role in the pathophysiology of Parkinson's disease (PD), which can partly be modulated by innate and adaptive immune functions, and vice versa. Here, naturally occurring α-Syn autoantibodies (α-Syn-nAbs) may be effective against α-Syn pathoetiology and may serve as a PD biomarker. However, serum and cerebrospinal fluid α-Syn-nAbs levels still lack consistent evidence as required for a reliable PD biomarker. Serum and cerebrospinal fluid α-Syn-nAbs levels of 66 PD patients and 69 healthy controls were assessed using a validated ELISA assay. Moreover, potential sources of error variance including unspecific ELISA background signals, free serum hemoglobin concentrations, α-Syn plate coating procedures, and differences in α-Syn-nAbs standards, were investigated. PD patients and controls did not differ in serum (p = .49) nor cerebrospinal fluid (p = .29) α-Syn-nAbs levels. Interestingly, free serum hemoglobin concentrations were negatively correlated with α-Syn-nAbs levels in controls (Spearman ρ = -.41, p<.001), but not in PD patients (ρ = .16, p = .21). ELISA α-Syn plate coating procedures impacted inter-assay variability (same day coating: 8-16%; coating on different days: 16-58%). α-Syn-nAbs standards from different purification batches differed regarding optical density measured in ELISAs suggesting differences in α-Syn affinity. While α-Syn-nAbs levels may represent a potential PD biomarker, several methodological issues have to be considered to increase reproducibility of α-Syn-nAbs findings. Further studies using standardized protocols minimizing sources of error variance may be necessary to establish a reliable PD α-Syn-nAbs biomarker