Identification and functional characterization of genetic risk factors in Alzheimer's disease [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Kerstin Eckart

Kerstin Eckart

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• Publié par: ludwig-maximilians-universitat_munchen
• Publié le: 01 janvier 2009
• Nombre de lectures: 22
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 4 Mo

Extrait

Identification and Functional Characterization of
Genetic Risk Factors in Alzheimer´s Disease





Dissertation
der Fakultät für Biologie
der Ludwig-Maximilians-Universität
München


vorgelegt von
Kerstin Eckart
aus München


05. Mai 2009
















Erstgutacher: Prof. Dr. L. A. Eichacker
Zweitgutachter: Prof. K. Suhre
Tag der mündlichen Prüfung: 22. Juni 2009






























Meinen Eltern

DANKSAGUNG

Ich möchte mich besonders herzlich bei Prof. Dr. Lutz Eichacker für die Übernahme der
Vertretung meiner Arbeit vor der Fakultät für Biologie bedanken. Es freut mich sehr, dass wir
nach der gemeinsamen „Bewältigung“ meiner Diplomarbeit nun auch meine Doktorarbeit
zusammen zu Ende bringen!

Bei Herrn Prof. Dr. Karsten Suhre möchte ich mich recht herzlich für die Bereitschaft, als
Zweitgutachter zu fungieren, bedanken. PD Dr. Thomas Illig danke ich für die fachliche
Betreuung und seinen persönlichen Einsatz dabei.

Die vorliegende Arbeit wurde im neurogenetischen Labor der Klinik und Poliklinik für
Psychiatrie und Psychotherapie des Klinikums Rechts der Isar durchgeführt. Prof. Dr. med.
Matthias Riemenschneider danke ich für die Möglichkeit, die Arbeit in seinem gut
ausgestatteten Labor durchführen zu können.

Besonderer Dank gilt Dr. Axel Schumacher für die nette und freundschaftliche Unterstützung,
das Korrekturlesen und die konstruktive Kritik zu meinem Manuskript. Dr. Simon Laws danke
ich für die persönliche und hilfsbereite Betreuung während der praktischen Durchführung dieser
Arbeit sowie für seine Diskussionsbereitschaft und seine Anregungen.

Für das tolle Arbeitsklima, die gute Zusammenarbeit, ein Füreinandereinstehen ohne wenn und
aber, die große Hilfsbereitschaft und die gute Freundschaft auch über die Arbeit hinaus danke ich
meinen beiden Mitstreiterinnen Dr. Lidija Konta und Patricia Friedrich.

♥Meinen guten Freunden und treuen Gefährten in sämtlichen Lebenslagen – Stance, Børnie ,
Barbara, Buschi, Doris, Flo, Kati, Marta, Jimmy und Bärli - danke ich für ihre Funktion als
Korrekturleser, Formatierhilfe, Danebensitzer, Seelsorger, Ablenker, Bespaßer, Kummerkasten,
Formulierhilfe, etc…

Ebenso sei all jenen ein Dankeschön ausgesprochen, die nicht namentlich erwähnt sind, aber zum
Gelingen dieser Arbeit beigetragen haben. Summary
SUMMARY
Alzheimer’s disease (AD) is the most common neurodegenerative disease in industrial
nations. Its prevalence increases with advanced age. The most important histopathological
markers in the brain of AD-patients are neuritic A β plaques and neurofibrillary tangles,
contributing to the degeneration of neurons in the brains of affected patients. Numerous
epidemiological studies suggest that genetic factors - together with lifestyle and environment
dependent determinants – have an implication on the development of this multifactorial
disease. Mutations in three genes (PS1, PS2 und APP) cause an autosomal dominant, early-
onset familial form of AD (EOAD). A fourth gene, ApoE, increases the risk of the more
common late-onset familial (LOAD) and sporadic forms of AD, when the ApoE ε4 allele is
present. Moreover, several linkage studies have defined susceptibility regions for AD on
several chromosomes.
In the present work, a fine-mapping of functional and positional candidate genes was
carried out in previously identified linkage regions. Selected SNPs were genotyped in a local
case-control collective and were subsequently tested for an association with Alzheimer’s
disease. The focus of the presented work was the APP gene and genes involved in the
processing of APP and therefore A β formation.
39 SNPs from APP were thoroughly selected and subsequently genotyped by means of
Matrix-Assisted Laser Desorption / Ionization Time Of Flight (MALDI TOF MS). The initial
statistical single-marker, haplotype and sliding-window analyses revealed significant
association signals (p < 0.05) within two marker peak regions spanning intron 3 to 8 and in
intron 1, respectively. A selection of SNPs with strongest association signals underwent
replication in a second large independent case-control series from Sweden, including a pooled
analysis, as well as a discordant sib-pairs cohort. The replication analyses confirmed signals
for eight SNPs (rs9941877, rs2830012, rs3787644, rs2070655, rs2830035, rs1041420,
rs6516727 und rs2830099) and therefore, their implication to Alzheimer’s disease. A
following association analysis of genotyping results from all 39 SNPs with clinical measures
(MMSE score and age at onset) yielded a positive result for rs1783016 in intron 14 of APP.
The risk allele (rs1783016-G) appears to be coupled with a later age of onset, but a more rapid
decline in cognition. Subsequently, SNPs from the peak regions underwent further analyses in
post mortem isolated brain samples to ascertain the functional implications of polymorphisms
across the APP gene on the transcriptional, translational and post-translational level. The
identified risk allele (T) of SNP rs1041420 located in intron 3 was associated with elevated
APP mRNA levels in the brain, suggesting that the rs1041420-T allele might contribute to the
2 Summary
development of AD due to altered amounts of APP protein and not due to altered APP
processing. For SNPs rs6516727 and rs2830099 - located in intron 1 - an association of the
formerly identified risk allele (rs6516727-T and rs2830099-G) with lower soluble total A β
and lower A β40 contents was found. The respective protective C variants (rs6516727-C und
rs2830099-C) seem to favor the formation of the soluble A β40. The majority of present A β42
may already have formed plaques in the affected brains. Therefore, the risk alleles
(rs6516727-T and rs2830099-G) are rather associated with altered processing than higher
substrate levels, since no affect on the gene expression was observed. The applied approach -
examination of functional implications of the identified SNP variants in brain samples - was
well-chosen and is applicable for our experiments, but needs to be repeated in a greater
collective. From the data analysis performed in the scope of this study, it is assumed that
common variations within the APP gene contribute to the development of AD.
The proteins encoded by ADAM10 and BACE1 are involved in APP processing and
therefore the development of A β, due to their function as α- or ß-secretase, respectively.
Hence, 38 SNPs from both genes were thoroughly selected, genotyped and statistically
evaluated accordingly. None of the examined SNPs from ADAM10 or BACE1 showed a
significant association with AD. For this reason it is assumed that common genetic variations
in either BACE1 or ADAM10 are not associated with an increased risk to develop AD.
Furthermore, two genes (ABCA1 and LIPC) involved in lipid metabolism were
examined. Two of the 30 investigated SNPs from ABCA1 showed a weak association with
AD (rs2525606 and rs2066720). The results could be confirmed in the Swedish replication
study. During the following gene expression experiment the risk allele rs206676-G was
associated with elevated ABCA1 mRNA levels in brain samples, probably due to increased
ApoE lipidation. The 25 investigated SNPs from LIPC showed no replicable significant
association with AD, therefore seems an impact of SNP variants in LIPC on the implication of
Alzheimer’s disease unlikely.

3 Zusammenfassung
ZUSAMMENFASSUNG
Die Alzheimer Krankheit ist die am häufigsten auftretende neurodegenerative
Erkrankung in den westlichen Industrieländern und zeigt eine steigende Prävalenz mit
zunehmendem Alter (Bassiony, Rosenblatt et al. 2004; Potyk 2005). Die histopathologischen
Merkmale dieser Erkrankung sind A β-Plaques und neurofibrilläre Tangles, sowie
Neuronenverlust in den Gehirnen der Betroffenen. Zahlreiche epidemiologische Studien
weisen auf einen zentralen Einfluss genetischer Faktoren hin, die zusammen mit Umwelt-,
bzw. Lebensstilfaktoren einen Beitrag zur Alzheimer Krankheit leisten. Während
Punktmutationen in drei Genen (PS1, PS2 und APP) die autosomal-dominante Form der
Erkrankung schon vor dem 60. Lebensjahr auslösen können, erhöht das ApoE ε4 Allel die
Wahrscheinlichkeit mit zunehmendem Alter an Alzheimer zu erkranken. Weiterhin wurden in
zahlreichen genetisch-epidemiologischen Studien signifikante Loci in verschiedenen
chromosomalen Regionen identifiziert.
In dieser Arbeit wurde eine Feinkartierung von funktionellen und positionellen
Kandidatengenen in vorher identifizierten Kopplungsregionen durchgeführt. Die
ausgewählten SNPs wurden anhand eines Fall-Kontroll Kollektivs aus München genotypisiert
und anschließ