Σπύρος Ευθυμιόπουλος Η Ανοσολογία της Νόσου Alzheimer

Παρουσίαση με θέμα: "Σπύρος Ευθυμιόπουλος Η Ανοσολογία της Νόσου Alzheimer"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Σπύρος Ευθυμιόπουλος Η Ανοσολογία της Νόσου Alzheimer
ΕΘΝΙΚΟ & ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Σχολή Θετικών Επιστημών, Τμήμα Βιολογίας Τομέας Φυσιολογίας Ζώων & Ανθρώπου

2 Πρόβλεψη της αύξησης του πληθυσμού των Ανθρώπων
άνω των 65 ετών απο το 1990 εως το 2050 100 90 80 70 60 50 40 30 20 Εκατομμύρια Χαμηλότερη Μέση Υψηλότερη Χρόνος

3 Συμπτώματα της νόσου ALZHEIMER
Προοδευτική, εκφυλιστική ασθένεια του εγκεφάλου που χαρακτηρίζεται απο: Προοδευτική απώλεια μνήμης και άλλων γνωστικών λειτουργιών Αλλαγές στην συμπεριφορά, την προσωπικότητα, την κρίση, και τις δραστηριότητες της καθημερινής ζωής. Είναι η πιο κοινή αιτία άνοιας μεταξύ των ανθρώπων ηλικίας 65 ετών και άνω.

4 Σύγχρονες και μελλοντικές θεραπευτικές αγωγές
1. Αναστολείς της Ακετυλοχολινεστεράσης. Αυτή η προσέγγιση βασίστηκε στην παρατήρηση ότι το χολινεργικό σύστημα εκφυλίζεται στην νόσο Alzheimer. Στόχευε στην αύξηση της συγκέντρωσης της ακετυλοχολίνης, με τον ίδιο τρόπο που στην νόσο του Parkinson η L-Dopa αυξάνει την συγκέντρωση της DA. 2. Μή-στεροειδή αντι-φλεγμονώδη φάρμακα. Η χρήση τους βασίστηκε στην παρατήρηση ότι άτομα που υπέφεραν απο ρευματοειδή αρθρίτιδα και γινόταν αγωγή με μή-στεροειδή αντι-φλεγμονώδη φάρμακα παρουσίασαν την νόσο Alzheimer σε μικρότερη συχνότητα. 3. Ανάλογα του Οιστρογόνου. Αυτή η επένδυση βασίζεται στην παρατήρηση ότι γυναίκες που μετά την εμμηνόπαυση έκαναν χρήση οιστρογόνου παρουσίασαν την νόσο Alzheimer σε μικρότερη συχνότητα.

5 Σύγχρονες και μελλοντικές θεραπευτικές αγωγές
4. Αντιοξειδωτικά. Αυτή η προσέγγιση βασίζεται σε αποτελέσματα που δείχνουν ότι η οξείδωση μπορεί να συμβάλλει στην ανάπτυξη της νευροπαθολογίας της νόσου Alzheimer και οτι τα αντι-οξειδωτικά διασώζουν νευρώνες από διάφορες προσβολές όπως την επώαση με αμυλοειδές. 5. Αναστολείς της συσσωμάτωσης και καθίζησης του Αμυλοειδούς στον εγκέφαλο. Η χρήση τους βασίζεται στην αποδοχή ότι το αμυλοειδές είναι νευροτοξικό

6 Σύγχρονες και μελλοντικές θεραπευτικές αγωγές
6. Αγωνιστές και ανταγωνιστές υποδοχέων. Αυτή η προσέγγιση βασίζεται στην αποδοχή ότι ενεργοποίηση υποδοχέων μπορεί: Α. να ρυθμίσει τον μεταβολισμό του APP έτσι ώστε να παράγεται λιγότερο αμυλοειδές και Β. να αυξήσει την ανθεκτικότητα των νευρώνων στις νευροτοξικές προσβολές. 7. Αναστολείς του μεταβολισμού του APP προς αμυλοειδές. Αυτή η προσέγγιση βασίζεται στην αποδοχή ότι αλλαγές στον μεταβολισμό του APP είναι θεμελιώδους σημασίας για την ανάπτυξη της νόσου του Alzheimer.

7 Εγκεφαλική Ατροφία στη Νόσο Alzheimer
From the Oklahoma University Alzheimer’s Center

8 Brain Atrophy in Alzheimer’s Disease
From the Internet Pathology Laboratory

9 Η Εγκεφαλική Ατροφία Οδηγεί σε Αντισταθμιστική Διαστολή των Εγκεφαλικών κοιλιών.
From the internet Pathology Laboratory

10 Η απώλεια της μάζας του εγκεφάλου έιναι αποτέλεσμα της επιλεκτικής απώλειας νευρώνων. Στο νεοφλοιό, η μεγαλύτερη απώλεια παρατηρείται στους πυραμιδοειδείς νευρώνες του πρόσθιου και κροταφικού λοβού. Απώλεια νευρώνων παρατηρείται επίσης στην CA1 περιοχή και το υπόθεμα του Ιπποκάμπου, την αμύγδαλα, στον χολινεργικό πυρήνα του basalis of Meynert, τον πυρήνα του διαφράγματος, τον νοραδρενεργικό υπομέλανα τόπο, και στον σεροτονεργικό ραχιαίο πυρήνα της ραφής.

11 Τα κύρια μικροσκοπικά νευροπαθολογικά
ευρήματα στη νόσο Alzheimer είναι: Οι νευριτικές πλάκες (ΝΠ), Τα νευρο-ινιδιακά δεμάτια (ΝΔ), και Η επιλεκτική απώλεια και συρρίκνωση νευρώνων.

12 Τα νευροινιδιακά δεμάτια (ΝΔ) της νόσου Alzheimer.
Τα ΝΔ είναι κυτταροπλασματικές εναποθέσεις ινιδίων που αποτελούνται κυρίως απο υπερφωσφορυλιωμένη tau πρωτεΐνη. Υπάρχουν στο νεοφλοιό, τον ιππόκαμπο, την αμύγδαλα, τη μέλανα ουσία, τον υπομέλανα τόπο, και άλλους πυρήνες του εγκεφαλικού στελέχους. Τα νευροινιδιακά δεμάτια (ΝΔ) της νόσου Alzheimer. From the internet Pathology Laboratory

13 Εγκεφαλικός φλοιός ασθενούς με Alzheimer γεμάτος με νευρικές πλάκες (περισσότερες απο 50/mm2, 10D5 μονοκλωνικό αντίσωμα).

14 Οι Νευριτικές Πλάκες της Νόσου του Alzheimer
Οι ΝΠ είναι πολύπλοκες δομές που αποτελούνται από δυστροφικούς νευρίτες, αμυλοειδές και πολλές άλλες πρωτεΐνες καθώς επίσης και ενεργοποιημένα αστροκύτταρα και μικρογλοία. Οι ΝΠ υπάρχουν σε αφθονία στον πρόσθιο, βρεγματικό και κροταφικό λοβό, την αμύγδαλα, τον ιππόκαμπο και το απιοειδή φλοιό. From the internet Pathology Laboratory

15 Εναποθέσεις αμυλοειδικής β-πρωτεΐνης στα αγγεία του εγκεφάλου

16 ΔΟΜΗ, ΤΟΠΟΛΟΓΙΑ, ΚΑΙ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΤΟΥ APP.
Εξωκυτταρική περιοχή Κυτταρόπλασμα -secretase Μεμβράνη R7 KPI R1 22C11 N * Aß * C Περιοχή πλούσια σε κυστείνη -secretase -secretase Διαλυτό A Συσσωματώματα Α

17 ? Somatodendritic region Axon Synapse
INTRANEURONAL TRAFFICKING OF APP AND ITS TARGETING TO THE PRESYNAPTIC TERMINAL. Somatodendritic region Axon Synapse Soluble APP species ? NTCCVs SDCCVs Endosomes/CSVs Rab5-positive endosome SCCVs Golgi Cytoskeleton APP- -APP LDCVs LDCVs Nucleus -ER

18 Oι Μεταλλάξεις του APP που Προκαλούν Αlzheimer
Περιβάλλουν την Ακολουθία του Α. -secretase -secretase N C VKM D TVI V I VVIA VNL D Swedish mutation. G, F, or I London mutation

19 Η ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΠΡΕΣΕΝΙΛΙΝΗΣ 1

20 A hypothetical molecular model showing the TM helices embedded within the membrane and the cytoplasmically oriented N-terminus and Loop domains. Availability of these exposed domains for interactions with potential binding proteins is also indicated.

21 ΓΕΝΕΤΙΚΟΙ ΜΗ-ΓΕΝΕΤΙΚΟΙ ΝΟΣΟ ALZHEIMER PS1 Γήρανση PS2 Φλεγμονή APP
Down’s Οξειδωτική βλάβη ApoE Ορμονική ανωμαλία Άλλοι γενετικοί και περιβαλλοντικοί παράγοντες ApoJ PICALM Εγκεφαλικό τραύμα CR1

22 Εγκεφαλικός φλοιός ασθενούς με Alzheimer γεμάτος με νευρικές πλάκες (περισσότερες απο 50/mm2, 10D5 μονοκλωνικό αντίσωμα). Αυτή η μαζική συσώρευση νευρικών πλακών πιστεύεται ότι προκαλεί την ανάπτυξη ανοσολογικής αντίδρασης στον εγκέφαλο των ασθενών με Alzheimer.

23 Comparison of the neuritic and glial components in the PDAPP tg model and AD. Red is β-amyloid; Green is:Neurofilament, GFAP, or hAPP ΝΤm Τm Hum Neurofilament Dystrophic Neurites GFAP APP

24 Στα 1910, Oscar Fisher Θεώρησε ότι οι αλλαγές που παρατηρούνται
γύρω από τις εξωκυτταρικές εναποθέσεις ινιδίων στον εγκέφαλο των ασθενών με Alzheimer είναι αποτέλεσμα της αντίδρασης του Ιστού σε μια ξένη ουσία. Όμως δεν κατάφερε να ανιχνεύσει τα μορφολογικά και βιοχημικά χαρακτηριστικά φλεγμονής, όπως αυτή παρατηρείται σε άλλους ιστούς και έθεσε την ερώτηση: Πού είναι όμως η φλεγμονή; Eikelenboom et al., 2002, Glia 40:

25 ΣΥΜΒΑΛΛΕΙ ΤΟ ΑΝΟΣΟΠΟΙΗΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΣΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ
ΝΕΥΡΟΠΑΘΟΛΟΓΙΑΣ ΤΗΣ ΝΟΣΟΥ ALZHEIMER; Αρχικά η απάντηση σε αυτή την ερώτηση πρέπει να είναι αρνητική γιατί: Ο αιματοεγκεφαλικός φραγμός θεωρείτο ότι εμπόδιζε την ελεύθερη είσοδο λευκοκυττάρων και άλλων παραγόντων του ανοσοποιητικού συστήματος στον εγκέφαλο. Δεν είχαν ανιχνευθεί ανοσοσφαιρίνες και υπο-ομάδες Τ-κυττάρων στο εγκέφαλο ή στους περι-αγγειακούς χώρους ασθενών με Alzheimer. Δεν είχε παρατηρηθεί υπερέκφραση των μορίων διακυτταρικής προσκόλλησης ICAM-1, V-CAM-1, και E-selectin τα οποία είναι απαραίτητα για την διείσδυση λευκοκυττάρων μέσω των ενδοθηλιακών κυττάρων των αγγείων. Αυτά τα δεδομένα υποστηρίζαν την άποψη ότι ο εγκέφαλος είναι ανοσολογικά απομονωμένος

26 Για το λόγο αυτό αρχικά αποτελέσματα που έδειχναν την
Ύπαρξη φλεγμονής γύρω από τις νευροπαθολογικές βλάβες της νόσου Alzheimer αντιμετωπίστηκαν με σκεπτικισμό κατ’ αρχάς και πολλές φορές θεωρήθηκαν artifacts.

27 Εφόσον ο εγκέφαλος είναι απομονωμένος από το περιφερικό ανοσολογικό σύστημα θεωρήθηκε ότι, αν πράγματι κάποια ανοσολογική αντίδραση εμπλέκεται στην ανάπτυξη της νευροπαθολογίαςτης νόσου Alzheimer, οι ινιδιακές εναποθέσεις της αμυλοειδικής β πρωτεΐνης θα πρέπει να επάγουν τοπικά μια αντίδραση ενδογενούς ανοσοποιητικού συστήματος του Εγκεφάλου. Για να μπορέσει να στοιχειοθετηθεί όμως η άποψη ότι ο εγκέφαλος έχει ενδογενές ανοσοποιητικό σύστημα θα έπρεπε να πιστοποιηθεί ότι υπάρχουν: Εγκεφαλικά κύτταρα που παράγουν πρωτεΐνες του συμπληρώματος Ενεργοποιημένα εγκεφαλικά κύτταρα με ανοσολογικές ιδιότητες Εγκεφαλικά κύτταρα που παράγουν κυτταροκίνες και χημειοκίνες

28 Σήμερα είναι καθαρό ότι ο εγκέφαλος έχει πολλές μοναδικές
ανοσολογικές ιδιότητες. Για παράδειγμα έχει βρεθεί ότι τα εγκεφαλικά κύτταρα παράγουν όλους τους παράγοντες/ πρωτεΐνες του συμπληρώματος και φέρουν υποδοχείς του συμπληρώματος στην επιφάνεια τους. Πιο συγκεκριμένα έχει βρεθεί ότι:

29 ΑΣΤΡΟΓΛΟΙΑ ΜΙΚΡΟΓΛΟΙΑ ΝΕΥΡΩΝΕΣ
Παράγουν: 1. Τους ενεργοποιημένους και τους τελικούς παράγοντες του συμπληρώματος. 2. Υποδοχείς του C5a και C3a. Διαλυτούς αναστολείς όπως ο παράγοντας H, ο παράγοντας Ι, η πρωτεϊνη C4b, η properdin, η πρωτεϊνη S, οι πρωτεϊνες DAF και MCP, και οι πρωτείνες CD46, CD55, και CD59. Οι πρωτεϊνες αυτές προστατεύουν τα αστρο- κύτταρα απο τις ανεπιθύμητες δράσεις του συμπληρώματος. Παράγουν: 1. Πρωτεϊνες του συμπληρώματος όπως C1q, C1r, C1s C2, C3, C4, C9. 2. Υποδοχείς παραγόντων του συμπληρώματος Όπως CR3, CR4, C5a Μόρια που ρυθμίζουν την δραστηριότητα του Clusterin, και C1-αναστολέα Παράγουν: 1. Μερικούς από τους παράγοντες του συμπληρώματος όπως C4, την Β αλυσίδα του C1qB, και CR1 αλλά όχι τον CR2 ή τον CR3. Μικρές ποσότητες C1-αναστολέα, Clusterin, και CD59 και κατά συνέπεια προστατεύονται λιγότερο σε σχέση με τα αστροκύτταρα.

30 Τα μικρογλοιακά κύτταρα αποτελούν το
ανοσοποιητικό σύστημα του εγκεφάλου Ο αιματο-εγκεφαλικός φραγμός εμποδίζει την ελεύθερη είσοδο λευκοκυττάρων στον εγκέφαλο και υπάρχει ανάγκη ενός ενδογενούς ανοσοποιητικού συστήματος. Επιπλέον οι νευρώνες είναι ευαίσθητα κύτταρα και δεν μπορούν να αντέξουν μακράς διάρκειας έκθεση στους τοξικούς παράγοντες των ενεργοποιημένων περιφερικών λευκοκυττάρων. Τα μικρογλοιακά κύτταρα είναι υποστηρικτικά και ανοσοποιητικά κύτταρα. Λειτουργικά μπορούν να θεωρηθούν ως υβρίδια λευκών και γλοίων κυττάρων. Η ανοσολογική ικανότητα των μικρογλοιακών κυττάρων δεν είναι της ίδιας κλίμακας με αυτή των λευκοκυττάρων και οι ανοσολογικές τους ιδιότητες ελέγχονται από ενδογενείς ανασταλτικούς παράγοντες που εκφράζονται κυρίως από τους νευρώνες και περιλαμβάνουν OX2, neurotrophins, and cytokines/chemokines.

31 Τα Μικρογλοιακά κύτταρα είναι αντιγόνο- παρουσιαστικά Κύτταρα (APCs)
Σε αντίθεση τα μικρογλοιακά κύτταρα εντοπίζονται στο παρέγχυμα του ΚΝΣ όπου δεν έρχονται σε επαφή με Τ-κύτταρα και κατά συνέπεια δεν υπάρχει ανάγκη ή δεν έχουν την ευκαιρία να παρουσιάσουν αντιγόνα στο μικροπεριβάλλον του ΚΝΣ.

32 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Ενώ θα μπορούσε κανείς να ορίσει τα μικρογλοιακά κύτταρα ως το ανοσοποιητικό σύστημα του εγκεφάλου πρέπει συγχρόνως να αναγνωρίσει ότι η ανοσολογική τους ικανότητα είναι περιορισμένη. Η ιδέα αυτή συμβιβάζει την αντίφαση μεταξύ απουσίας περιφερικών λευκοκυττάρων στον εγκέφαλο και της ικανότητας του εγκεφάλου να αντιμετωπίζει μολύνσεις, τραυματισμούς και ασθένειες. Με τα μικρογλοιακά κύτταρα, η εξέλιξη έχει βρει ένα τρόπο να εξισορροπήσει την καταστροφική δύναμη του ανοσοποιητικού συστήματος και την ευαισθησία του ΚΝΣ σε τραυματισμούς και ασθένειες.

33 Τα μικρογλοιακά κύτταρα είναι χρήσιμα ή βλαβερά
για τους νευρώνες; In vitro μελέτες σε κυτταροκαλλιέργειες έχουν δείξει ότι τα μικρογλοιακά κύτταρα μπορεί να είναι και νευροτοξικά και νευροτροφικά Όμως In vivo μελέτες έχουν δείξει ότι είναι νευροπροστατευτικά Κατά συνέπεια είναι μάλλον ικανά να έχουν και νευρο-προστατευτικές και νευροτοξικές ιδιότητες.

34 Εάν υποθέσουμε ότι είναι κυρίως νευροπροστατευτικά, τι μπορεί να τα μετατρέψει σε επιθετικά κύτταρα που μπορούν να προσβάλλουν νευρώνες και να προκαλέσουν νευροεκφυλισμό;

35 Στην περίπτωση τραυματισμού του νευρικού ιστού φαίνεται να συμμετέχουν σε ένα είδος διευκολυνόμενης (facilitative) νευροτοξικότητας κάτι σαν ευθανασία των νευρώνων που είναι αδύνατον να αναγεννηθούν ώστε να υποστηριχτούν οι νευρώνες που μπορεί να σωθούν. Αυτό είναι λογικό, αν και δεν έχει αποδειχθεί, αφού η συνεχής παρουσία σοβαρά τραυματισμένων νευρώνων δεν μπορεί να είναι χρήσιμη για την αναγέννηση των λιγότερο τραυματισμένων νευρώνων και τα μικρογλοιακά κύτταρα έχουν φαγοκυτταρικό ρόλο.

36 Σε αντίθεση με τους οξείς τραυματισμούς, οι χρόνιες ασθένειες του ΚΝΣ, όπως η νόσος Alzheimer, χαρακτηρίζονται από αργό προοδευτικό νευροεκφυλισμό που μπορεί να χρειαστεί δεκαετίες για να εκδηλωθεί. Σε αυτή την περίπτωση θεωρείται ότι τα μικρογλοιακά κύτταρα ενεργοποιούνται λόγω της συνεχιζόμενης έκθεσης στην αμυλοειδική β πρωτεΐνη, παράγουν νευροτοξίνες και προκαλούν αδιάκριτη-παράπλευρη νευροτοξικότητα

37 ΜΙΑ ΑΝΟΣΟΛΟΓΙΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΣΤΟΝ ΕΓΚEΦΑΛΟ ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΠΕΡΙΛΑΜΒΑΝΕΙ:
Ενεργοποίηση μικρογλοιακών κυττάρων (των μακροφάγων κυττάρων του εγκεφάλου). Ενεργοποίηση αστροκυττάρων Αύξηση των επιπέδων των κυτταροκινών Ενεργοποίηση του συμπληρώματος

38 Το κλασσικό μονοπάτι του συμπληρώματος ενεργοποιείται όταν ένα αντίσωμα ή ένας άλλος παράγοντας δεσμεύεται στο C1q του C1. Η δέσμευση αυτή ξεκινά μια ακολουθία πρωτεολύσεων που προκαλεί την διαδοχική ενεργοποίηση των διάφορων παραγόντων του συμπληρώματος και τελικά τον σχηματισμό του συμπλόκου μεμβρανικής προσβολής. Anaphylatoxins: C3a and C5a Προκαλούν αγγειο- Διαστολή και Σύσπαση των λείων Μυικών ινών Opsonins: C3b, C4b, and C5b Επικάθονται στο αντιγόνο Και διευκολύνουν την Φαγοκυττάρωση.

39 Επιπλέον, υπάρχουν πρωτεΐνες που ρυθμίζουν το συμπλήρωμα και υποδοχείς των πρωτεϊνών του συμπληρώματος. Στις ρυθμιστικές πρωτεΐνες συμπεριλαμβάνονται ο C1 αναστολέας, η clusterin και η πρωτεΐνη CD59. Αυτές οι πρωτεΐνες αναστέλλουν την δράση του συμπληρώματος σε διάφορα επίπεδα και προστατεύουν το οργανισμό /τα κύτταρα από τις ανεπιθύμητες δράσης της φλεγμονής. Οι υποδοχείς για τις αναφυλατοξίνες και τους ενεργοποιημένους παράγοντες μεσολαβούν στην μεταγωγή των μηνυμάτων για την χημειοταξία και την ενεργοποίηση. Ο παθογενετικός ρόλος του συμπληρώματος έχει αναγνωρισθεί σε εκφυλιστικές ασθένειες όπως multiple sclerosis και myasthenia gravis. Μάλιστα, αναστολή της δράσης του συμπληρώματος σε ποντίκια-μοντέλα των παραπάνω ασθενειών έχει σαν αποτέλεσμα την μείωση της εγκεφαλικής βλάβης.

40 Εγκεφαλικός φλοιός ασθενούς με Alzheimer γεμάτος με νευριτικές πλάκες (περισσότερες απο 50/mm2, 10D5 μονοκλωνικό αντίσωμα). Αυτή η μαζική συσσώρευση νευριτικών πλακών πιστεύεται ότι προκαλεί την ανάπτυξη ανοσολογικής αντίδρασης στον εγκέφαλο των ασθενών με Alzheimer.

41 Πολλοί ερευνητές έχουν παρουσιάσει αποτελέσματα που δείχνουν ότι η αμυλοειδική β πρωτεΐνη ενεργοποιεί το κλασσικό και το εναλλακτικό μονοπάτι του συμπληρώματος με αποτέλεσμα την παραγωγή των αναφυλατοξινών C3a και C5a, τον ωψονισμό του Αβ και την παραγωγή του κυτταρολυτικού MAC. κατιονική ανιονική

42 Η δέσμευση πολλών μορίων Αβ στο C1q μπορεί:
Να προκαλέσει τον σχηματισμό ινιδίων Αβ και την κατακρήμνιση του σε αδιάλυτη μορφή. Να προκαλέσει ανοσολογική αντίδραση Ενεργοποίηση του συμπληρώματος. Παρουσία παραγόντων του συμπληρώματος στις νευριτικές πλάκες. Ενεργοποίηση αστροκυττάρων και μικρογλοιακών κυττάρων. Συγκέντρωση αστροκυττάρων και μικρογλοιακών κυττάρων στις νευριτικές πλάκες. Έκφραση πρωτεϊνών άμυνας ενάντια στην παθολογική δράση του συμπληρώματος. Αύξηση της έκφρασης κυτταροκινών και χημειοκινών.

43 Η ενεργοποίηση του συμπληρώματος παράγει πολλά μόρια που μπορούν να προκαλέσουν παθολογικές αλλαγές στα κύτταρα. Συγκεκριμένα παράγονται οι αναφυλατοξίνες C3a και C5a και οι ωψωνίνες C3b και C5b. Αυτά τα μόρια είναι χημειοτακτικά και ενεργοποιητικά μηνύματα για ανοσολογικά κύτταρα που φέρουν κατάλληλους υποδοχείς όπως τα αστροκύτταρα και τα μικρογλοιακά κύτταρα. Για το λόγο αυτό, εάν ένα χημειoτακτικό σήμα/μήνυμα παραχθεί στις θέσεις των αμυλοειδικών πλακών αναμένεται συγκέντρωση ενεργοποιημένων μικρογλοιακών κυττάρων και αστροκυττάρων σε αυτές τις θέσεις.

44 Στην νόσο του Alzheimer τα μικρογλοιακά κύτταρα
φαίνεται να είναι ενεργοποιημένα αφού εκφράζουν: MHC II, Κυτταροκίνες, Χημειοκίνες, Και παράγοντες του Συμπληρώματος

45 Ενεργοποιημένα μικρογλοιακά κύτταρα στις αμυλοειδικές πλάκες
εντοπίζονται στις αμυλοειδικές πλάκες

46 Συνεντοπισμός νευρικών πλακών, C1q, και ενεργοποιημένων
Μικρογλοιακών κυττάρων στον εγκέφαλο διαγονιδιακών ποντικών (PS/APP)-μοντέλων της νόσου Alzheimer.

47 Comparison of the neuritic and glial components in the PDAPP tg model and AD. Red is β-amyloid; Green is:Neurofilament, GFAP, or hAPP ΝΤm Τm Hum Neurofilament Dystrophic Neurites GFAP APP

48 Είναι λογικό να υποθέσει κάποιος ότι η φλεγμονή που σχετίζεται με την νόσο του Alzheimer λαμβάνει χώρα για να απομακρύνει τις εναποθέσεις και τον νεκρό ιστό. Εάν αυτό ήταν η μόνη αλήθεια θα περίμενε κανένας ότι ο οργανισμός δεν θα επιστράτευε πρωτεΐνες και μηχανισμούς για να προστατευθεί από την δράση του συμπληρώματος. Έχει όμως βρεθεί ότι στον εγκέφαλο των ασθενών με Alzheimer αυξάνεται η έκφραση πρωτεϊνών όπως της C4 binding protein, Vitronectin, και APOJ που προστατεύουν το οργανισμό από την δράση του συμπληρώματος. Παράλληλα, βρέθηκε ότι μειώνεται η έκφραση της CD59 πρωτεΐνης που αναστέλλει την δράση του MAC. Αυτή η μείωση θα μπορούσε θεωρητικά να επιτρέψει προσβολή ιστών από tο MAC.

49 Η έκφραση όλων των κυτταροκινών και των χημειοκινών που έχουν μελετηθεί στην νόσο του Alzheimer, συμπεριλαμβανομένων της IL-1, IL-1β, IL-6, TNF-a, IL-8, και TGF-β, φαίνεται να αυξάνεται σε σχέση με την έκφρασή τους σε φυσιολογικούς ανθρώπους παρόμοιας ηλικίας. Πιο συγκεκριμένα η έκφραση της IL-1 φαίνεται να αυξάνεται κατά την διάρκεια δημιουργίας των νευρικών πλακών και να μειώνεται κατά την ωρίμανση τους και την εξαφάνιση των δυστροφικών νευριτών. Η παρατήρηση αυτή οδήγησε στην υπόθεση ότι η IL-1 παίζει σημαντικό ρόλο στην εξέλιξη της αμυλοειδικής πλάκας. Είναι σημαντικό να γνωρίζουμε ότι η IL-1 επηρεάζει τον μεταβολισμό του APP και μπορεί με αυτό τον τρόπο να προάγει την δημιουργία των νευρικών πλακών. Επιπλέον, το διαλυτό APP μπορεί να ενεργοποιεί μικρογλοιακά κύτταρα και να επάγει την έκφραση της IL-1.

50 Το παθογενετικό μονοπάτι της Νόσου Alzheimer
Η αρχική άμορφη εναπόθεση της αμυλοειδικής β πρωτεΐνης επάγει μια ανοσολογική αντίδραση ποπυ περιλαμβάνει την παραγωγή IL-1 και IL-6 από μικρογλοιακά κύτταρα στο παρέγχυμα του εγκεφάλου αλλά και την παραγωγή TGF-beta από περι-αγγειακά αστροκύτταρα. Οι κυτταροκίνες προκαλούν την έκκριση διαφόρων παραγόντων όπως ACT και apoE από τα αστροκύτταρα που καταλύουν τον μετασχηματισμό των άμορφων διάχυτων πλακών σε συμπαγείς νευριτικές πλάκες. Πρωτεΐνες της εξωκυττάριας ουσίας μπορεί να σταθεροποιούν τις αλυλοειδικές πλάκες. Οι νευρώνες ως απόκριση σχηματίζουν νευρο-ινιδιακά δεμάτια, εκφυλίζονται και πεθαίνουν. Nilsson et al., 1998, Frontiers in Bioscience 3, d436

51 ΠΟΙΑ ΣΧΕΣΗ ΥΠΑΡΧΕΙ ΑΝΑΜΕΣΑ ΣΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ
ΝΕΥΡΟΠΑΘΟΛΟΓΙΑΣ ΤΗΣ ΝΟΣΟΥ ALZHEIMER ΚΑΙ ΤΗΣ ΕΚΔΗΛΩΣΗΣ ΑΝΟΣΟΛΟΓΙΚΗΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ;

52 Αύξηση του αριθμού των νευρικών πλακών σε διαγονιδιακά
ποντίκια (PS/APP) μοντέλα της νόσου Alzheimer

53 Ενεργοποίηση μικρογλοιακών κυττάρων στον εγκέφαλο
διαγονιδιακών ποντικών (PS/APP)-μοντέλων της νόσου Alzheimer σε αντίδραση προς την συσσώρευση αμυλοειδικών πλακών Χρώση για CD11b

54 Ενεργοποιημένα μικρογλοιακά κύτταρα σχετίζονται
με ινιδιακές και μή ινιδιακές εναποθέσεις Αβ πρωτεΐνης στο εγκέφαλο διαγονιδιακών ποντικών- μοντέλων της νόσου Alzheimer.

55 Ενεργοποίηση αστροκυττάρων που σχετίζονται με νευρικές
πλάκες στον εγκέφαλο διαγονιδιακών ποντικών (PS/APP)-μοντέλων της νόσου Alzheimer. + νευρικές πλάκες - νευρικές πλάκες + νευρικές πλάκες + νευρικές πλάκες Η ενεργοποίηση των αστροκυττάρων αυξάνεται παράλληλα με την αύξηση της εναπόθεσης της Αβ. + νευρικές πλάκες

56 ΕΙΝΑΙ ΔΥΝΑΤΟΝ Η ΕΚΔΗΛΩΣΗ ΑΝΟΣΟΛΟΓΙΚΗΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ
ΣΤΗΝ ΣΥΣΩΡΕΥΣΗ ΝΕΥΡΙΚΩΝ ΠΛΑΚΩΝ ΚΑΙ Η ΣΥΝΕΠΑΓΟΜΕΝΗ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ ΜΙΚΡΟΓΛΟΙΑΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ ΝΑ ΠΡΟΚΑΛΕΣΕΙ ΝΕΥΡΩΝΙΚΟ ΘΑΝΑΤΟ;

57 Συνθετική Αβ πρωτεΐνη ενεργοποιεί μικρογλοιακά κύτταρα τα
οποία εκκρίνουν παράγοντες που προκαλούν νευρωνικό θάνατο Μικρογλοία Νευρώνες Μάρτυρας Αβ17-43 Αβ1-42

58 Συνθετική Αβ πρωτεΐνη προκαλεί νευρωνικό θάνατο παρουσία μικρογλοιακών κυττάρων

59 Συστατικά των νευρικών πλακών ενεργοποιούν
μικρογλοιακά κύτταρα Χρώση για Αβ S1 S5 Μικρογλοιακά κύτταρα

60 Συστατικά των νευρικών πλακών προκαλούν νευρωνικό θάνατο
μόνο παρουσία μικρογλοιακών κυττάρων

61 ΑΦΟΥ Η ΑΝΟΣΟΛΟΓΙΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΦΑΙΝΕΤΑΙ ΝΑ
ΑΦΟΥ Η ΑΝΟΣΟΛΟΓΙΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΦΑΙΝΕΤΑΙ ΝΑ ΣΥΜΒΑΛΛΕΙ ΣΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΝΕΥΡΟΠΑΘΟΛΟΓΙΑΣ ΤΗΣ ΝΟΣΟΥ ALZHEIMER ΓΙΑΤΙ ΛΑΜΒΑΝΕΙ ΧΩΡΑ; Υπάρχουν ενδείξεις ότι η ανοσολογική αντίδραση λαμβάνει Χώρα για να απομακρύνει τις νευρικές πλάκες.

62 Immunization of APP transgenic mice (6 weeks of age) with Aβ42 reduces Aβ burden in hippocampus (13 months of age)

63 Immunization of APP transgenic mice (6 weeks of age) with Aβ42 reduces plaque formation, neuritic dystrophy and astrocytosis (13 months of age) PBS Aβ42 Νευριτικές πλάκες Δυστροφικοί νευρίτες Αστροκυττάρωση

64 Immunization of APP transgenic mice (11 months of age) with Aβ42 reduces Aβ burden in hippocampus (15 or 18 months of age)

65 Immunization of APP transgenic mice (11 months of age) with Aβ42 reduces Aβ plaques in the cortex (15 or 18 months of age) non-treated, 12 month old PBS injected, 18 month old Aβ 42 injected, 18 month old

66 Immunization of APP transgenic mice with Aβ42 reduces Aβ plaques in the entorhinal and retrosplenial cortex PBS injected Aβ42 injected

67 Passive immunization of APP transgenic mice with anti-Aβ antibodies for 6 months reduces Aβ burden in the cortex and hippocampus

68 Peripherally administered 3D6 and 10D5 antibodies enter the CNS, bind to Aβ plaques and trigger clearance of Aβ. sections from antibody treated mice incubated w/ antimouse immuno- globulin w/ 10D5 antibody and then w/ antimouse immunoglobulin to indicate total plaque burden

69 Fc receptor-mediated phagocytosis of Aβ in an ex-vivo assay
Mouse microglia were cultured w/ sections from or from Ιn the presense of 10D5 Aβ immuno- reactivity is within microglia and plaques disasemble In the presense of 16C11 plaques remain intact.

70 In the presence of control IgG1 microglial cells (red) are in a focal plane above the tissue section and Aβ remains in plaques within the tissue plane. In the presence of 10D5 nearly all Aβ is localized within the microglial cells. As shown in the western blot there is complete degradation of Aβ within 3 days

71 Fc receptor mediated phagocytosis of Aβ, shown by ex vivo assay in the presence of intact or F(ab’) fragments of 3D6 Aβ immuno- reactivity within microglial cells disruption of plaques No Aβ immuno- reactivity within microglial cells No disruption of plaques Aβ plaques in consequtive sections

72 PERIFERAL ADMINISTRATION OF AGENTS WITH AN AFFINITY TO Αβ

73 Effect of Gelsolin (dark dot, G) or Vehicle (open dot, V) administration on brain (A-C) and plasma (D) Aβ levels

74 Effect of GM (dark dot, G) or Vehicle (open dot, V) administration on brain (A) and plasma (B) Aβ levels

75 Antibody strategies

76 The role of peripheral system in clearance of Αβ plaques within the brain

77 Degradation of Αβ after passive and active immunization

78

79 ACTIVE IMMUNIZATION OF HUMANS WITH Aβ

80 Immunization of humans with Aβ results in the production of anti-Aβ antibodies that stain neuritic plaques Human immune serum w/ anti-Aβ antibodies Human immune CSF Human immune CSF and 4G8 4G8 antibody Human immune CSF and thioflavin S Thioflavin S

81 Immunization of humans with Aβ slows decline in cognitive functions and activities of daily living

82 The concentration of anti-Aβ antibodies produced by immunization of humans remain high for 12 months

83 The amyloid cascade hypothesis

84 Proposed sites of action of various classes of drugs targeted to Αβ generation, fibrillogenesis, or clearance and to reducing the cellular toxicity of Αβ peptides

85 When viewed within the context of nearly a century of research on inflammation in the periphery and recent work in the CNS is clearly understood that inflammation is a mixture of both destructive and rebuilding forces, the balance of which dictates the overall utility or loss to the organism. Therefore,it is no more reasonable to believe that the inflammatory response mounted in the AD brain is wholly detrimental than it is to believe that it is wholly beneficial. Rather, by understanding which of the inflammatory mechanisms are useful in AD and should be amplified, and which are detrimental and should be dampened, we may arrive

86

87

88 for Alzheimer's Disease.
Pathogenic pathway for Alzheimer's Disease. The earliest and most widespread pathological change in Alzheimer's disease is the accumulation of beta-amyloid peptides into amorphous deposits. The deposition induces an inflammatory reaction and consequently an acute phase response involving IL-1 and IL-6 in microglial cells of the brain parenchyma and TGF-beta1 in perivascular astrocytes. The cytokines trigger release of various secretory products from the surrounding astrocytes that catalyze the transformation of diffuse beta-amyloid in amorphous deposits into mature amyloid filaments. For example astrocyte production of beta-amyloid and pathological chaperones such as ACT and apoE accelerate the polymerization of beta-amyloid peptides into filaments. Extracellular matrix proteins may stabilize the amyloid structures. Finally neurons of the human brain respond to the glial activation and the mature amyloid deposits by tangle formation, subsequent neuritic degeneration and ultimately cell death. Nilsson et al., 1998, Frontiers in Bioscience 3, d436

89 When viewed within the context of nearly a century of research on inflammation in the periphery and recent work in the CNS is clearly understood that inflammation is a mixture of both destructive and rebuilding forces, the balance of which dictates the overall utility or loss to the organism. Therefore,it is no more reasonable to believe that the inflammatory response mounted in the AD brain is wholly detrimental than it is to believe that it is wholly beneficial. Rather, by understanding which of the inflammatory mechanisms are useful in AD and should be amplified, and which are detrimental and should be dampened, we may arrive at better ways of treating the disorder.

90 NEURITIC "SENILE, CLASSIC" PLAQUES
Πhotomicrograph of hippocampal CA1 region from a subject with advanced AD. Gallyas silver (black structures) and A-beta (red structures) combined method, diffuse plaques are seen as pure red objects (few are present), and neuritic plaques with and without a central core, are seen as red objects within which are abnormal black dystrophic neurites.

91 DIFFUSE PLAQUES This plaque subtype is primarily composed of amorphous nonfibrillar A-beta protein (preamyloid plaques) or finely fibrillar A-beta deposits. Other names include "fluffy" plaques, "A-beta deposits", or "primitive plaques",

92 Aß N C Amyloidogenic -secretase Non-amyloidogenic -secretase
AMYLOIDOGENIC AND NON-AMYLOIDOGENIC PROCESSING OF APP Membrane KPI Cytoplasm Aß N C Cysteine Rich -secretase -secretase Amyloidogenic Non-amyloidogenic N C N C -secretase Soluble A Amyloid A

93 Microglia expres immunological markers Receptor type Ligand(s)
Function(s) References Complement C3bi Absorption of complement components Graeber et al., [1988] C1q Johnson et al., [1994] C5a, C3a Möller et al., [1997] Fc Immunoglobulins Absorption of immunoglobulins Hayes et al., [1988] Akiyama and McGeer, [1990]; Peress et al., [1993] Thrombin Absorption of thrombin Möller et al., [2000] Scavenger Apoptotic cells; low-density lipoprotein (LDL); A     1-42 Uptake of debris, polyanionic molecules; LDL amyloid Bell et al., [1994]; Christie et al., [1996]; Paresce et al., [1996]; Platt et al. [1996] Cytokine IL-6 Neuron-microglia signaling Streit et al., [2000] IL-18 Glial inflammation Prinz and Hanisch, [1999] Chemokine Fractalkine Neuron-microglia signaling Harrison et al., [1998]; Nishiyori et al., [1998] Maciejewski et al., [1999] CC, CXC chemokines HIV HIV entry He et al., [1997]; Albright et al., [1999] CD4 Co- receptor MHC class II Unknown physiological function, HIV entry Perry and Gordon, [1987] CD8 Co- MHC class I Unknown physiological function Morioka et al., [1992]; Schroeter et al., [2001] Microglia expres immunological markers

94 ΑΣΤΡΟΓΛΟΙΑ ΝΕΥΡΩΝΕΣ Παράγουν:
ΑΣΤΡΟΓΛΟΙΑ ΝΕΥΡΩΝΕΣ Παράγουν: 1. Τους ενεργοποιημένους και τους τελικούς παράγοντες του συμπληρώματος. 2. Υποδοχείς του C5a και C3a. Διαλυτούς αναστολείς όπως ο παράγοντας H, ο παράγοντας Ι, η πρωτεϊνη C4b, η properdin, η πρωτεϊνη S, οι πρωτεϊνες DAF και MCP, και οι πρωτείνες CD46, CD55, και CD59. Οι πρωτεϊνες αυτές προστατεύουν τα αστρο- κύτταρα απο τις ανεπιθύμητες δράσεις του συμπληρώματος. Παράγουν: 1. Μερικούς από τους παράγοντες του συμπληρώματος όπως C4, την Β αλυσίδα του C1qB, και CR1 αλλά όχι τον CR2 ή τον CR3. Μικρές ποσότητες C1-αναστολέα, Clusterin, και CD59 και κατά συνέπεια προστατεύονται λιγότερο σε σχέση με τα αστροκύτταρα.

95 The amyloid plaques are labelled with antibodies against C5b-9
Ιmmunohistochemistry using four different C5b-9 antibodies in AD (A¯E) and ND (F) cortical samples. A¯D illustrate AD neocortical plaque staining by the Biogenesis monoclonal SC5b-9 antibody (A), the Calbiochem polyclonal C5b-9 antiserum (B), the Dako monoclonal C5b-9 antibody (C), and the Quidel monoclonal SC5b-9 antibody (D). Τhe Calbiochem polyclonal is particularly useful for demonstrating C5b-9 immunoreactivity associated with tangles (E), as shown for island neurons of the AD entorhinal cortex, whereas the Quidel antibody shows high sensitivity for neuropil threads within (D) and outside neuritic plaques. ND samples are consistently negative for all four antibodies (F) (Calbiochem antiserum). Alzheimer Alzheimer Neuropil threads NFTs Alzheimer Non-Alzheimer Webster et al., Neurobiology of Aging 18:

96 Δυστροφικοί νεύρίτες σημαίνονται με αντισώματα ενάντια στην
Πρωτείνη του συμπληρώματος C5b-9 Immuno-electron microscopy of complement in AD neocortex. In A and B, the Calbiochem C5b-9 antibody revealσ immunoreactivity of neurites with dystrophic morphology. These neurites are particularly evident within neuritic plaques of AD patients, but are not observed in ND patients. Low magnification view showing degenerating axons and neurites, many of which are C5b-9 immunoreactive, adjacent to the fibrillar amyloid core of a plaque. Typical higher magnification view of C5b-9 immunoreactive axons within this plaque. Consistent with full complement activation, other complement markers (here, C4d) colocalize to these same neurites. Webster et al., Neurobiology of Aging 18:

97 Ενεργοποιημένα μικρογλοιακά κύτταρα εντοπίζονται στις
αμυλοειδικές πλάκες At low magnification, this section has been reacted in such a way to visualize activated microglia. It is apparent that there are clusters of the cells throughout the brain. at higher power magnification, the individual microglia crowding around a structure are apparent. Arrows point out individual cells. This photomicrograph is of the same area as in (B), but is viewed under epifluorescence after thioflavin staining to visualize senile plaques. As can be seen by the bright area underneath the microglia (dark shadows), it is the plaque about which the microglial cells are clustering.

98 Η έκφραση του TGF-β σε διαγονιδιακά ποντίκια (hAPP)-μοντέλα
της νόσου Alzheimer μειώνει τον αριθμό των νευρικών πλακών.

99 hAPP/TGF-β hAPP hAPP/TGF-β hAPP/TGF-β hAPP hAPP hAPP/TGF-β hAPP/TGF-β