Mechanisms of apoptotic cell death of lymphocytes in aging and in Alzheimer';s disease [Elektronische Ressource] / by Katharina Schindowski

MECHANISMS OF APOPTOTIC CELL
DEATH OF LYMPHOCYTES IN AGING
AND IN ALZHEIMER’S DISEASE
The thesis
for the degree of
Doctor of Natural Sciences
(Dr. phil. nat.)
submitted to the Faculty of
Chemical and Pharmaceutical Sciences
of the
Johann Wolfgang Goethe-University
Frankfurt am Main
by
Katharina Schindowski
from Frankfurt am Main
Frankfurt am Main
2001
(D F 1)MECHANISMEN DES APOPTOTISCHEN
ZELLTODES AN LYMPHOZYTEN IM
ALTERUNGSPROZESS UND IN DER
ALZHEIMER DEMENZ
Dissertation
zur Erlangung des Doktorgrades
der Naturwissenschaften (Dr. phil. nat.)
vorgelegt beim Fachbereich 14
(Chemische und pharmazeutische Wissenschaften)
der
Johann Wolfgang Goethe-Universität,
Frankfurt am Main
von
Katharina Schindowski
aus Frankfurt am Main
Frankfurt am Main
2001
1(D F 1)
(DF1: D = Dissertation / F1 = Bibliothekskennzeichen)vom Fachbereich 14 (Chemische und pharmazeutische Wissenschaften) der Johann
Wolfgang Goethe-Universität als Dissertation angenommen.
Dekan: Prof. Dr. Walter E. Müller
Gutachter: Prof. Dr. Walter E. Müller, Prof. Dr. Theo Dingermann
Datum der Disputation: 06. Dezember 2001meiner Familie gewidmet
IDie vorliegende Arbeit wurde von September 1997 bis Mai 2001 am Pharmakologischen Institut für
Naturwissenschaftler der Universität Frankfurt am Main unter der Leitung von Prof. Dr. Walter E. Müller
angefertigt.
Mein aufrichtiger Dank gilt insebsondere:
Herrn Prof. Dr. Walter E. Müller für die Überlassung des Themas, das Vertrauen in meine Arbeit und die
Möglichkeit, an internationalen Kongressen teilzunehmen.
Herrn Prof. Dr. Dingermann möchte ich für die Begutachtung der Arbeit danken.
Frau PD Dr. Anne Eckert danke ich für die konstruktive Kritik, die Hilfestellung zum selbstständigen Arbeiten und
die Korrekturen der vielen Manuskripte und Abstracts.
Dem gesammten Team der Gedächtnisambulanz der Psychiatrischen Klinik, vor allem aber Dr. Lutz Frölich,
Corinna Gorriz, Uta Schramm, Thomas Weinandi und Jürgen Peters sowie Prof. Dr. Konrad Maurer für die gute
Zusammenarbeit. Ausserdem den zahlreichen, freiwilligen sowie nicht ganz so freiwilligen, alten und jungen
Blutspendern und allen, die bei der Blutentnahme geholfen haben.
Fr. Bozyk für ihre hervorragende und hingebungsvolle Pflege der Versuchstiere. Herrn Dr. Moser für die exzellente
Organisation des Arbeitskreises. Den drei entzückenden Damen vom Sekretariat für ihre immer offenen Ohren, ihre
heiteren Wesen und die Organisation meiner zahlreichen ‘Extrawünsche’. Hebbes für ihre Hilfe und unglaubliche
Kreativität bei Problemen mit Hard- und Software. Dr. Barbara Steiner für die grosse Hilfestellung beim Verfassen
und Korrigieren zahlreicher Manuskripte sowie ihre hervoragende Organisation des Zellabors. Claudia für die Hilfe
bei der Genotypisierung der Mäuse und Ina für die vielen Tipps und Anregungen.
Der gesammten Arbeitsgruppe Schmalzing, vor allem aber Armaz Aschrafi und Cora
Büttner, dass sie so geduldig mein Schnorren von molekularbiologischen Materialien
und Tipps ertrugen („Ich mach dann auch das nächste Mal kompetente Zellen...”).
Silke Leutner, von der ich mehr über Pharmakologie, Studiendesign, kritische
Hinterfragung und Umgang mit Versuchstieren gelernt habe, als sie warscheinlich
ahnt. Ihr, ebenso wie Sabine Kressmann, Stefanie Müller, Celio Marques und Katrin
Schüssel vielen Dank für die vielen lustigen und schönen Stunden im Labor 120, an
die ich mich immer gern erinnern werde.
Den Ex-Radioleuten Andrea Singer und Meinolf Wonnemann für die sehr
aufschlussreiche und vergnügliche Zeit, die vielen kritischen und nicht so ernsten
Diskussionen im und ausserhalb des Radiolabors. Ausserdem danke ich den ‘Radios’
und Michael Sych für die schönen manchmal vielleicht leicht chaotischen Reisen zum
Neuroscience-Meeting.
Sabine Kressmann für die Hilfe bei der Ginkgostudie und die vielen Süssigkeiten, die
sie schwesterlich mit mir teilte. Michael Sych für seine Hilfe und Diskussion zu den Presenilin Western Blots. Dr.
Christian Luckhaus und Dr. Henrike Hartmann für die vielen sehr konstruktiven Disskusionen, exzellenten
Anregungen und ihr offenes Ohr während ihrer leider viel zu kurzen Zeit am Institut.
Andrea K., Gisellé, Barbara Siebert, Bettina sowie den anderen Mitglidern des KO-Teams und allen hier aus
Platzgründen nicht aufgezählten Mitgliedern des Instituts für die wundervolle Zeit, die wir hatten.
Dr. Dipl.Chem. ‘mit Ausszeichnung’ Duy Ngyuen für die hervoragende Korrektur des Manuskripts.
All meinen Freunden und ehemaligen Kommilitonen für die tolle und ablenkende Zeit ausserhalb der Doktorarbeit
und für ihre offenen Arme während der Entstehung dieser Arbeit.
Meiner Oma, die den Abschluss dieser Arbeit leider nicht mehr erleben konnte. Meinem Bruder Alexander für die
Hilfe beim Druck dieses Manuskript. Meiner gesamten Familie für ihre Unterstützung und Rückhalt nicht nur
während dieser Arbeit.
II
Nach Wissen suchen,
heisst Tag für Tag dazu gewinnen
(Lao Zi)
In Gedenken an die zahllosen Mäuschen,
die ihr Leben für diese Arbeit lassen mussten.
IIITABLE OF CONTENTS
Table of Contents
Introduction................................................................................................................................... 1
AGING..................... 1
Molecular aspects of aging...........................................................................2
Brain aging......................................................................................................3
Apoptosis in aging..........................................................................................3
ALZHEIMER’S DISEASES: AN AGE-RELATED NEURODEGENERATIVE DISORDER 6
Pathological changes in AD brain ..............................................................7
Molecular mechanisms and genetical risks of AD pathology...............................................................................10
Neuroinflammation in AD ...........................................................................18
PERIPHERAL IMMUNO-COMPETENT CELLS...................................................................................... 30
Apoptosis of peripheral immune-competent cells...................................31
Immunogerontology .....................................................................................31
AD and peripheral immune cells...............................................................................................33
Aim of the thesis...........................................................................................35
Material........................................................................36
APPARATUS:......................................... 36
CHEMICALS:......................................................................... 38
Methods:......................................................................................................39
HUMAN VOLUNTEERS AND ANIMALS:.............................. 39
Human blood samples:................................................39
Animals...........................................................................................................................................40
CELLBIOLOGICAL METHODS:............. 42
General cell culture:....................................................................................................................................................42
Isolation of human PBMC...........43
Isolation and preparation of murine PBMC and spleen lymphocytes: ...............................................................45
Whole blood cultures:..................................................................................................................45
Induction of apoptotic cell death:..............................46
ANALYTICAL CELLBIOLOGICAL METHODS:..................................................... 47
Flow cytometry with a fluorescence-activated cell-sorter (FACS)......................................................................47
Fluorochromes:.............................................................................................................................51
Cell preparation and staining for Flow Cytometry:...............................................................53
Detection of apoptotic cell death57
GENETIC ENGINEERING:..................................................................................................................................................... 62
RT-PCR cloning of human Presenilin-2 (PS-2) and alg-3....................62
RT-PCR cloning of human Presenilin-1s (PS-1s) and Presenilin-1Cas (PS-1Cas) .........................................64
ApoE-genotyping ..........................................................................................................................................................65
Genotyping of the offspring from transgenic mice..................................66
Sequences of oligonucleotides....................................................................................................67
PROTEINCHEMICAL METHODS:...................................