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Titel:Der chronische Konsum von Fruchtsaft aus Annona muricata initiiert und beschleunigt die Entwicklung einer Tauopathie in Wildtyp und MAPT transgenen Mäusen
Autor:Rottscholl, Robert
Weitere Beteiligte: Oertel, W. H. (Prof. Dr. Dr. h.c.)
Erscheinungsjahr:2017
URI:http://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2017/0384
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2017-03846
DOI: https://doi.org/10.17192/z2017.0384
DDC:610 Medizin, Gesundheit
Titel(trans.):Chronic consumption of Annona muricata juice triggers and aggravates the development of a tauopathy in wild-type and MAPT transgenic mice

Dokument

Schlagwörter:
Annona muricata, Nervenheilkunde, Annona muricata, annonacin, Neurowissenschaften, tauopathy, R406W, neurodegeneration, Neurologie, R406W, Neurodegeneration, Annonacin, microtubule-associated protein tau, Mikrotubuli-assoziiertes Protein Tau, Tauopathie

Zusammenfassung:
Tauopathien bilden eine heterogene Gruppe von neurodegenerativen Erkrankungen, welche durch die Akkumulation des Mikrotubuli-stabilisierenden Proteins Tau in verschiedenen Hirnregionen charakterisiert sind. Zu den Vertretern dieser Erkrankungen gehören unter anderem die frontotemporale Demenz und Parkinsonismus mit Bezug zu Chromosom 17 in Verbindung mit Mutationen im Mikrotubuli-assoziierten Protein Tau (FTDP17 MAPT) und die als atypisches Parkinson-Syndrom klassifizierte progressive supranukleäre Blickparese (PSP). Während Mutationen im Tau-Gen bei der FTDP17 MAPT für die Krankheitsentstehung verantwortlich sind, ist die Ätiologie der PSP weitgehend ungeklärt. Hinweise auf die Beteiligung eines Umweltfaktors bei der Pathogenese der PSP ergaben sich durch die Beobachtung, dass die hohe Prävalenz atypischer Parkinson-Syndrome auf Guadeloupe mit dem Verzehr von Produkten aus Annona muricata (Spanisch: Guanábana, Portugiesisch: Graviola) verbunden ist. In Früchten, Säften und Blättern dieser Spezies wurde Annonacin, ein potenter Komplex I-Inhibitor der mitochondrialen Atmungskette, isoliert, das eine Störung des Energiemetabolismus mit Reduktion der ATP-Spiegel hervorruft und im zentralen Nervensystem sowohl in vivo als auch in vitro zu einer Tau-Umverteilung sowie zu einer Akkumulation von hyperphosphoryliertem Tau führt. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Klärung der Frage, ob im Hinblick auf die Entwicklung einer Tau-Akkumulation eine Interaktion zwischen diesem Umweltfaktor und einer genetischen Prädisposition besteht. Zu diesem Zweck wurden zwei Tau-transgene Mauslinien sowie eine Kontrollgruppe (nTg) über einen Zeitraum von einem Jahr entweder mit Saft aus den Früchten von Annona muricata (Graviolasaft) oder Wasser behandelt. Die Tau-Mutanten trugen dabei entweder humanes Wildtyp Tau (hWT) oder Tau mit der R406W-Mutation (R406W). Nach einem Jahr wurden die Tiere geopfert und die Gehirne wurden entnommen, um sie im Anschluss immunhistochemisch zu färben und die Zellzahlen mit Hilfe stereologischer Untersuchungsmethoden zu ermitteln. Im Frontal- und Parietalkortex war die Gesamtzellzahl im Behandlungsarm mit Saft aus Annona muricata beim phosphorylierten Epitop 231 (AT180, p<0,001) sowie dem doppel-phosphorylierten Epitop 202/205 (AT8, p<0,05) des Tau-Proteins signifikant höher. Dabei wiesen die mit Saft behandelten Mäuse mit R406W-Mutation bei der Färbung mit dem AT180-Antikörper deutlich mehr Tau-positive Neurone auf als die Tiere gleichen Genotyps im Behandlungsarm mit Wasser (Frontalkortex: 79893±8046 vs 50628±4938, p<0,05; Parietalkortex: 26396±1547 vs 19943±2313, p<0,01). Zusätzlich waren in der Saftgruppe deutlich weniger apikale Dendriten zu beobachten. Vergleichbare Ergebnisse fanden sich auch beim Epitop 202/205. In den Unterregionen des Hippocampus mit Hilus, CA1 und CA2/3 wurden die Unterschiede zwischen den beiden Behandlungsmodalitäten bei der R406W-Mutante ebenfalls beobachtet. Bei der Färbung mit dem AT8-Antikörper waren in diesen Regionen auch Tau-positive Neurone bei Tieren mit humanem Wildtyp Tau im Behandlungsarm mit Saft festzustellen. Vergleichbare Ergebnisse zeigten sich für diesen Genotyp ebenso im Frontal- und Parietalkortex, hier waren im Behandlungsarm mit Saft auch nicht transgene Tiere Tau-positiv. Darüber hinaus war das doppel-phosphorylierte Epitop 396/404 (AD2) ausschließlich bei safttrinkenden Mäusen mit R406W-Mutation nachzuweisen. Ein Nervenzelluntergang ließ sich nicht feststellen, ebenso war kein Unterschied bei der Anzahl der Mikroglia oder Astrozyten vorhanden. Allerdings zeigte die Synaptophysin-Färbung im Frontalkortex eine signifikant geringere optische Dichte im Behandlungsarm mit Saft, welches als einer der ersten Schritte im neurodegenerativen Prozess erachtet werden kann. Des Weiteren ließ sich eine Zunahme an 3-Nitrotyrosin-positiven Neuronen im Behandlungsarm mit Saft feststellen, sodass sich Hinweise auf die Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies ergaben. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit im Hinblick auf die Entwicklung einer Tau-Akkumulation einen additiven Effekt zwischen genetischer Prädisposition und einem Umweltfaktor auf. Danach führte der chronische, orale Konsum von Saft aus Annona muricata über einen Zeitraum von einem Jahr zu einer Akkumulation von hyperphosphoryliertem Tau sowie zu einer somatodendritischen Tau-Umverteilung bei Mäusen mit R406W-Mutation. Außerdem entwickelten transgene Mäuse mit humanem Wildtyp Tau eine Tau-Akkumulation, welche mit der der Patienten auf Guadeloupe vergleichbar ist. Vor dem Hintergrund dieser Ergebnisse sollte der Konsum von Saft aus Annona muricata vermieden werden.

Summary:
Tauopathies are a heterogeneous group of neurodegenerative diseases characterized by the accumulation of the microtubule-stabilizing protein tau in various brain regions. Frontotemporal dementia with parkinsonism linked to chromosome 17 associated with mutations in the microtubule-associated protein tau (FTDP-17 MAPT) and progressive supranuclear palsy (PSP) are representatives of this disease class and while FTDP-17 MAPT is linked to mutations in the tau gene, the aetiology of PSP remains unknown. Insights into the pathogenesis of PSP were gained by the observation that the high prevalence of atypical parkinsonian syndromes on Guadeloupe was linked to high consumption of products made of Annona muricata (Spanish: Guanábana, Portuguese: Graviola). In fruits and derived products of this species Annonacin, a potent and lipophilic inhibitor of complex I of the respiratory chain, could be isolated. Annonacin was shown to cause ATP depletion and somatodendritic tau redistribution with accumulation of hyperphosphorylated tau in the central nervous system. To elucidate the interaction of environmental and genetic factors that contribute to the development of tau pathology, the present work studied two transgenic mouse lines expressing the R406W mutated human tau protein or non-mutated human wild type tau (hWT) versus control animals (nTg). Over the period of one year mice either received Graviola, a tropical fruit juice made of Annona muricata or water. Afterwards, mice were sacrificed and brains were immunohistochemically studied followed by stereologic evaluation of total cell counts. In frontal- and parietal cortices the total cell counts of neurons reactive at the 231 (AT180, p<0.001) and 202/205 (AT8, p<0.05) epitopes of the tau protein were significantly higher in mice treated with juice. The staining with the AT180 antibody revealed the highest number of phospho-tau positive neurons in mice carrying the R406W mutation from the juice group when compared with their water drinking littermates (frontal cortex: 79893±8046 vs 50628±4938, p<0.05; parietal cortex: 26396±1547 vs 19943±2313, p<0.01). In addition, the staining of apical dendrites was reduced in R406W mice of the juice group. Similar results were found for the AT8-reactive epitopes 202/205. In R406W mice all investigated subregions of hippocampus, including hilus, CA1 and CA2/3, demonstrated the same differences between treatment modalities. Furthermore, also juice treated mice carrying non-mutated human wild type tau exhibited staining by the AT8 antibody and in frontal- and parietal cortices also non-transgenic mice were found to be tau-positive. Moreover, while the AD2-reactive epitopes 396/404 were completely negative in the water treated group as well as in hWT and non-transgenic mice treated with Annona muricata, it was detected in neurons of juice treated R406W mice. No neuronal cell loss was observed, and also the number of microglia and astrocytes was unchanged. Nevertheless, the optical synaptophysin density in frontal cortex of juice drinking mice was significantly lower, which can be considered an early step in the neurodegenerative process. In addition, an increase in the number of 3-nitrotyrosine-reactive neurons was observed upon chronic juice consumption, suggesting the generation of reactive nitrogen species. In conclusion, the results of the present study demonstrate an additive effect between an environmental factor and a genetic mutation in the development of tau hyperphosphorylation. Chronic oral consumption of juice made of Annona muricata over the period of one year provoked accumulation of hyperphosphorylated tau as well as somatodendritic tau redistribution in R406W mutant mice. Furthermore, the tau hyperphosphorylation found in mice carrying non-mutated human wild-type tau was comparable to findings made in patients suffering from guadeloupean parkinsonism. In the light of these results the consumption of Annona muricata juice should be avoided.


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