AT410673B - Detecting Alzheimer's disease and Down's syndrome, from underexpression of phosphoprotein ARPP-19, in tissue or body fluid - Google Patents

Detecting Alzheimer's disease and Down's syndrome, from underexpression of phosphoprotein ARPP-19, in tissue or body fluid Download PDF

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Abstract

Detecting Alzheimer's disease or Down's syndrome comprises determining, in a tissue or body fluid sample, from a human at risk, the content of the cyclic adenosine monophosphate (cAMP)-regulated phosphoprotein of molecular weight 19 kD (ARPP-19) and comparing this with a reference level. An Independent claim is also included for a kit for detecting ARPP-19 comprising a molecule that detects ARPP-19 and a reference value.

Description

AT 410 673 BAT 410 673 B

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Detektion von neurodegenerativen Erkrankungen.The invention relates to methods for the detection of neurodegenerative diseases.

Neurodegenerative Erkrankungen, wie z.B. die Alzheimer-Erkrankung stellen ein immer wichtiger werdendes Problem in der Volksgesundheit dar. Alleine bei der Alzheimer-Erkrankung nimmt man an, dass derzeit etwa 12 Millionen Menschen weltweit an dieser Krankheit leiden, wobei die Zahl dieser Erkrankungen angesichts der steigenden Lebenserwartungen ständig zunimmt. Man schätzt, dass bis zum Jahr 2050 zwischen 40 und 50 Millionen Erkrankungen weltweit zu erwarten sind. Neurodegenerative Demenzen wie Alzheimer sind jedoch nicht immer einfach zu diagnostizieren. Es gibt Dutzende von Möglichkeiten, die mit einer Demenz in Verbindung stehen können, wie z.B. Depression, Drogenkonsum, Dehydrierung, Anämie, Syphillis, virale Infektionen und Vitaminmangel. Verlässliche Diagnosen - Grundvoraussetzung für eine erfolgreiche Therapie - sind daher oft schwierig zu erstellen. Gegenwärtig werden vor allem psychologische Testmethoden bei der Diagnose von Demenzen wie Alzheimer verwendet. Bei der postmortalen Diagnose von neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer stehen morphologische Methoden im Vordergrund.Neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease is an increasingly important public health problem. Alzheimer's disease alone is thought to have around 12 million people worldwide with the disease, with the number of these diseases increasing as life expectancy increases. It is estimated that between 40 and 50 million illnesses worldwide are expected by 2050. However, neurodegenerative dementias such as Alzheimer's are not always easy to diagnose. There are dozens of options that can be associated with dementia, such as Depression, drug use, dehydration, anemia, syphillis, viral infections and vitamin deficiency. Reliable diagnoses - the basic prerequisite for successful therapy - are therefore often difficult to make. Psychological test methods are currently used primarily to diagnose dementias such as Alzheimer's. In the post-mortem diagnosis of neurodegenerative diseases such as Alzheimer's, morphological methods are the focus.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist demgemäß die Zurverfügungstellung von einfachen und verlässlichen Diagnosemethoden für neurodegenerative Erkrankungen, die für sich allein oder in Kombination mit bisher angewendeten Methoden zu einer genaueren, schnelleren und verlässlicheren Diagnostik, insbesondere zur effizienteren und exakteren Differentialdiagnostik, verwendet werden können.Accordingly, it is an object of the present invention to provide simple and reliable diagnostic methods for neurodegenerative diseases which, alone or in combination with previously used methods, can be used for more precise, faster and more reliable diagnostics, in particular for more efficient and precise differential diagnostics.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Detektion des Alzheimer-Erkrankung oder des Down-Syndroms, welches durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: - Bereitstellen einer Gewebeprobe oder einer Körperflüssigkeit eines Menschen mit Verdacht auf Alzheimer-Erkrankung oder Down-Syndrom. - Bestimmen des Gehaltes an dem cAMP-regulierten Phosphoprotein mit einem Molekulargewicht von 19.000 (ARPP-19) in der Gewebeprobe oder in der Körperflüssigkeit und - Vergleichen des ermittelten ARPP-19-Gehaltes mit einem Referenzwert, mit welchem die Feststellung über das Vorhandensein einer Alzheimer-Erkrankung oder eines Down-Syndroms in diesem Menschen möglich ist.This object is achieved according to the invention by a method for detecting Alzheimer's disease or Down syndrome, which is characterized by the following steps: - Providing a tissue sample or a body fluid of a person with suspected Alzheimer's disease or Down syndrome. - Determining the content of the cAMP-regulated phosphoprotein with a molecular weight of 19,000 (ARPP-19) in the tissue sample or in the body fluid and - Comparing the determined ARPP-19 content with a reference value with which the determination of the presence of Alzheimer's Disease or Down syndrome is possible in this person.

Es ist eine ganze Reihe von Substraten der cAMP-abhängigen Proteinkinase (PKA) bekannt, welche auch in verschiedensten Gehirnregionen gefunden werden. Über die physiologische oder pathologische Funktion dieser Substrate ist jedoch bislang nur wenig bekannt.A whole range of substrates of the cAMP-dependent protein kinase (PKA) are known, which are also found in a wide variety of brain regions. However, little is known about the physiological or pathological function of these substrates.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung konnte nun nachgewiesen werden, dass in Patienten mit Alzheimer-Erkrankung oder Down-Syndrom ein bestimmtes Substrat für PKA, nämlich ARPP-19, signifikant niederreguliert ist. Es zeigte sich, dass ein niedrigeres Niveau an ARPP-19 wie auch erniedrigte PKA-Aktivität in den Pathomechanismen der neurodegenerativen Erkrankungen involviert sind, und zwar bereits zu einem relativ frühen Zeitpunkt. Es zeigte sich, dass diese Störung der cAMP-verbundenen Signalweiterleitung und Phosphorylierung eine gute Korrelation mit den neurodegenerativen Erkrankungen ergeben. Dies ist umso überraschender in Anbetracht der Tatsache, dass andere PKA-Substrate, wie z.B. das ARPP-16 (Horiuchi et al., J. Biol. Chem. 265 (16), 9476-9484) keine derartige Markerfunktion wie ARPP-19 zeigen.In the context of the present invention, it has now been possible to demonstrate that a specific substrate for PKA, namely ARPP-19, is significantly downregulated in patients with Alzheimer's disease or Down syndrome. It has been shown that lower levels of ARPP-19 and decreased PKA activity are involved in the pathomechanisms of neurodegenerative diseases, and at a relatively early stage. It was shown that this disturbance of the cAMP-related signal transmission and phosphorylation result in a good correlation with the neurodegenerative diseases. This is all the more surprising considering that other PKA substrates, e.g. ARPP-16 (Horiuchi et al., J. Biol. Chem. 265 (16), 9476-9484) shows no such marker function as ARPP-19.

Erfindungsgemäß zeigte sich, dass ein gegenüber den Werten in gesunden Personen erniedrigter Gehalt an ARPP-19 eine gute Korrelation zu den neurodegenerativen Erkrankungen zeigt. Dabei wird als Referenzwert vorzugsweise der Wert von gesunden Personen im jeweiligen Gewebe oder in der jeweiligen Körperflüssigkeit verwendet, der im jeweiligen Detektions-Set up verwendet wird.According to the invention, it was found that a lower ARPP-19 content compared to the values in healthy persons shows a good correlation to the neurodegenerative diseases. The value of healthy people in the respective tissue or in the respective body fluid, which is used in the respective detection set-up, is preferably used as the reference value.

Die Körperflüssigkeit ist vorzugsweise ausgewählt aus Cerebrospinalflüssigkeit, Rückenmarks-Flüssigkeit, Blut, Serum oder Nervenextrakten. Besonders bevorzugte Gewebeproben sind ausgewählt aus Nervengewebe, vorzugsweise Gehirngewebe, insbesondere Nucleus caudatus, Nucleus accumbens, Putamen, Neocortex, Cerebrellum, insbesondere Codex cerebrelli, temporaler Codex oder Gewebe, insbesondere Nervenzellen, aus peripheren Organen.The body fluid is preferably selected from cerebrospinal fluid, spinal cord fluid, blood, serum or nerve extracts. Particularly preferred tissue samples are selected from nerve tissue, preferably brain tissue, in particular nucleus caudatus, nucleus accumbens, putamen, neocortex, cerebrellum, in particular codex cerebrelli, temporal codex or tissue, in particular nerve cells, from peripheral organs.

Der Phosphorylierungsgrad des PKA-Substrats ARPP-19 wird durch Aktivatoren der Adenylyl-cyclase und cAMP erhöht. Die Expression von mRNA codierend für ARPP-16/19 wurde in Nucleus caudate, Putamen, Nucleus accumbens und Neocodex beobachtet. Darüberhinaus wurden hohe Niveaus von ARPP-16/19 im cerebrellaren Codex gefunden. Die Expression von ARPP-19 weicht jedoch signifikant von der Expression von ARPP-16 ab, wobei die ARPP-19-Expressionsniveaus am höchstem im Embryo waren und während der weiteren Entwicklung niedriger wurden. Die 2The degree of phosphorylation of the PKA substrate ARPP-19 is increased by activators of adenylyl cyclase and cAMP. Expression of mRNA encoding ARPP-16/19 was observed in caudate nucleus, putamen, accumbens nucleus and Neocodex. In addition, high levels of ARPP-16/19 were found in the cerebrellar codex. The expression of ARPP-19, however, deviates significantly from the expression of ARPP-16, the ARPP-19 expression levels being highest in the embryo and becoming lower during further development. The 2

AT 410 673 B regionale Verteilung von Phosphoproteinen im Rattengehirn wurde mittels immunohistochemi-schen Techniken beschrieben. Im Gegegensatz zur spezifischen Verteilung von ARPP-16, das auf striatale und corticale Neuronen beschränkt zu sein scheint, wird ARPP-19 in allen Gehirnregionen und in peripheren Organen der erwachsenen Ratte gefunden.AT 410 673 B regional distribution of phosphoproteins in the rat brain has been described using immunohistochemical techniques. In contrast to the specific distribution of ARPP-16, which appears to be restricted to striatal and cortical neurons, ARPP-19 is found in all brain regions and in peripheral organs of the adult rat.

Erhöhte intrazelluläre Konzentration von cAMP resultieren in der Aktivierung von PKA, die der Hauptmediator von cAMP-Antworten in Säugetierzellen zu sein scheint und eine ganze Reihe von Proteinen in Nervenzellen phosphoryliert, darunter ARPP-19. Das Säugetiergehirn ist üblicherweise eine reiche Quelle an Protein-Phosphorylierungssystemen. Diese beinhalten verschiedene Phosphoproteine als Substrate, Proteinkinasen, Phosphoprotein-Phosphatasen und Modulatoren. Für eine Reihe von Phosphoproteinen konnte gezeigt werden, dass sie als intrazelluläre Messen-gers im zentralen Nervensystem von Säugetieren fungieren und daher die Phosphorylierung und Dephosphorylierung von Phosphoproteinen eine wesentliche Regulationsweise der neuronalen Funktion ist. Die Regulierung der Phosphorylierung von spezifischen Substrat-Proteinen durch PKA ist ein wesentlicher Mechanismus, durch den Neurotransmitter physiologische Effekte in spezifischen Zielneuronen auslösen. Bislang war jedoch die Funktion von ARPP-19 oder anderen Substraten von PKA, insbesondere in Zusammenhang mit neu rodegenerativen Erkrankungen beim Menschen, nicht bekannt. Erst im Zuge der vorliegenden Erfindung konnte beispielweise mit der Methode der differenziellen Display-Polymerase-Kettenreaktion (DD-PCR) nachgewiesen werden, dass ARPP-19 niedrig reguliert wird, beispielsweise im temporalen Cortex von Patienten mit Down-Syndrom. Diese Erkenntnis in Verbindung mit weiteren erfindungsgemäß erhaltenen Daten belegen die Einbeziehung zumindest eines bestimmten Teils der cAMP-Signalgebung in der Pathologie von neurodegenerativen Erkrankungen in Zusammenhang mit den Aktivitäten von PKA im Gehirn von Patienten, die z.B. unter Down-Syndrom oder Alzheimer-Erkrankung leiden.Increased intracellular concentrations of cAMP result in the activation of PKA, which appears to be the main mediator of cAMP responses in mammalian cells and phosphorylates a variety of proteins in nerve cells, including ARPP-19. The mammalian brain is usually a rich source of protein phosphorylation systems. These include various phosphoproteins as substrates, protein kinases, phosphoprotein phosphatases and modulators. A number of phosphoproteins have been shown to function as intracellular messengers in the central nervous system of mammals, and therefore phosphorylation and dephosphorylation of phosphoproteins is an essential mode of regulation of neuronal function. The regulation of the phosphorylation of specific substrate proteins by PKA is an essential mechanism by which neurotransmitters trigger physiological effects in specific target neurons. So far, however, the function of ARPP-19 or other substrates of PKA, especially in connection with newly rodegenerative diseases in humans, has not been known. It was only in the course of the present invention, for example using the method of the differential display polymerase chain reaction (DD-PCR), that ARPP-19 was regulated to a low level, for example in the temporal cortex of patients with Down syndrome. This finding in connection with further data obtained according to the invention demonstrate the inclusion of at least a certain part of the cAMP signaling in the pathology of neurodegenerative diseases in connection with the activities of PKA in the brain of patients who e.g. suffer from Down syndrome or Alzheimer's disease.

Gemäß einem besonders bevorzugten Verfahren wird erfindungsgemäß die Alzheimer-Erkrankung als neurodegenerative Erkrankung detektiert. Weitere bevorzugte Krankheiten sind u.a. die Pick-Krankheit, die Lewykörperchen-Erkrankung oder die Jakob-Creutzfeld-Erkrankung. Es zeigte sich aber, dass die Verminderung von ARPP-19 vor allem in Nervenzellen allgemein mit neurodegenerativen Erkrankungen korrelieren. Dies belegt einen generellen Mechanismus, der für diesen Effekt verantwortlich ist.According to a particularly preferred method, Alzheimer's disease is detected as a neurodegenerative disease. Other preferred diseases include Pick's disease, Lewybody disease or Jakob Creutzfeld disease. However, it was shown that the reduction in ARPP-19 correlates generally with neurodegenerative diseases, especially in nerve cells. This demonstrates a general mechanism that is responsible for this effect.

Bevorzugterweise wird erfindungsgemäß in mehr als einer Gewebeprobe oder in mehr als einer Körperflüssigkeit der Gehalt an ARPP-19 ermittelt, um der erfindungsgemäßen Diagnose noch bessere Stützung zu verleihen bzw. um eine eingehendere Differentialdiagnose erstellen zu können. Auch ist die Lokalisation der neurodegenerativen Erkrankungen oft auf bestimmte Gewebe beschränkt oder - abhängig vom jeweiligen Stadium der Erkrankung - in unterschiedlichen Geweben verschieden ausgeprägt, so dass diese bevorzugte Ausführungsform auch wesentliche Informationen zu Erkrankungsgrad und Erkrankungsstadium liefern kann.According to the invention, the content of ARPP-19 is preferably determined in more than one tissue sample or in more than one body fluid in order to give the diagnosis according to the invention even better support or to be able to produce a more detailed differential diagnosis. The localization of the neurodegenerative diseases is often restricted to certain tissues or - depending on the respective stage of the disease - is different in different tissues, so that this preferred embodiment can also provide essential information on the degree and stage of the disease.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung auch einen Kit zur Detektion von Alzheimer-Erkrankung oder Down-Syndrom, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass er - Moleküle zur Bestimmung von ARPP-19 und - einen Referenzwert von ARPP-19 umfasst.According to a further aspect, the present invention also relates to a kit for the detection of Alzheimer's disease or Down syndrome, which is characterized in that it comprises - molecules for determining ARPP-19 and - a reference value of ARPP-19.

Die Moleküle zur Bestimmung von ARPP-19 sind nicht kritisch und stehen dem Fachmann ohne weiteres zur Verfügung. Besonders bevorzugt sind dabei Nukleinsäure-Amplifikationsmoleküle, insbesondere Moleküle zur Amplifikation von ARPP-19-mRNA oder Antikörper gegen ARPP-19, insbesondere monoklonale Antikörper, die ohne weiteres vom Fachmann entweder schon zur Verfügung stehen oder in einfacher Weise vom Fachmann hergestellt werden können.The molecules for the determination of ARPP-19 are not critical and are readily available to the person skilled in the art. Nucleic acid amplification molecules, in particular molecules for the amplification of ARPP-19 mRNA or antibodies against ARPP-19, in particular monoclonal antibodies, are particularly preferred, which are either readily available by the person skilled in the art or can be prepared in a simple manner by the person skilled in the art.

Drartige Antikörper können mit weiteren Nachweismitteln versehen werden, die ebenfalls zum Stand der Technik gehören (Farbstoffe, Sekundär-Antikörper, Sekundär-Antikörper-Kennungsstei-len, Affinitätsgruppen-Gruppen, die die Bindung zu magnetischen Partikeln ermöglichen, etc.). Auch für den Nachweis der ARPP-19-mRNA stehen mannigfaltige Nukleinsäure-Amplifikationsmethoden zur Verfügung, wie PCR und ähnliche Methoden. Voraussetzung zur Anwendung dieser Nukleinsäure-Amplifikationsmethoden ist das gegebene Wissen über die Sequenz oder zumindest Teilsequenzen oder Homologien des zu ermittelnden ARPP-19.Antibodies of this type can be provided with further detection means which also belong to the prior art (dyes, secondary antibodies, secondary antibody identification parts, affinity group groups which enable binding to magnetic particles, etc.). Various nucleic acid amplification methods, such as PCR and similar methods, are also available for the detection of the ARPP-19 mRNA. Knowledge of the sequence or at least partial sequences or homologies of the ARPP-19 to be determined is a prerequisite for using these nucleic acid amplification methods.

Der erfindungsgemäße Kit kann selbstverständlich auch als Multiplex-Kit zur Konzentrationsbestimmung von ARPP-19 und gegebenenfalls anderen Markern geformt sein. Die Konzeption und 3The kit according to the invention can of course also be designed as a multiplex kit for determining the concentration of ARPP-19 and possibly other markers. The conception and 3

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Optimierung derartiger Tests ist jedoch ohne weiteres möglich. Besonders bevorzugt sind dabei Tests auf Basis der Chip-Technologie.However, optimization of such tests is easily possible. Tests based on chip technology are particularly preferred.

Bevorzugterweise wird als Referenzwert eine Probe aus einem Normalpool, vorzugsweise in lyophilisierter Form im Kit vorgesehen, da dadurch Schwankungen des Standardbereiches hintangehalten werden und Unterschiede zwischen einzelnen Referenzchargen beschränkt werden können.A sample from a normal pool, preferably in a lyophilized form, is preferably provided in the kit as a reference value, since fluctuations in the standard range are thereby suppressed and differences between individual reference batches can be limited.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung von ARPP-19 zur Detektion der Alzheimer-Erkrankung oder des Down-Syndroms bzw. die Verwendung von ARPP-19 zur Bereitstellung von Detektionsmethoden von diesen neurodegenerativen Erkrankungen.According to a further aspect, the present invention relates to the use of ARPP-19 for the detection of Alzheimer's disease or Down syndrome or the use of ARPP-19 to provide detection methods for these neurodegenerative diseases.

Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden Beispiele und der Zeichnungsfigur, auf die sie selbstverständlich nicht eingeschränkt sein soll, näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the following examples and the drawing figure, to which it should of course not be restricted.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1: eine Seguenzanordnung des 157 Basen cDNA-Fragments, das mittels DD-PCR mit der Sequenz von EMBL gefunden wurde. Die Sequenz des 157 Basen cDNA-Fragments hat eine 100 % Homologie mit der ARPP-19 mRNA-Sequenz.1: a sequence arrangement of the 157 base cDNA fragment which was found by means of DD-PCR with the sequence of EMBL. The sequence of the 157 base cDNA fragment has 100% homology with the ARPP-19 mRNA sequence.

Beispiele :Examples:

Beispiel 1: Erniedrigte ARPP-19- und PKA-Niveaus in Gehirnen von Down-Syndrom und Alzheimer-Erkrankung.Example 1: Decreased ARPP-19 and PKA levels in brains from Down syndrome and Alzheimer's disease.

MATERIALIEN UND METHODENMATERIALS AND METHODS

Postmortem-Proben von menschlichem Gehirn (Schläfenrinde und Kleinhirn) wurden von der MRC London Brain Bank for Neurodegenerative Diseases, Institute of Psychiatry erhalten. Alle Patienten mit Down-Syndrom wurden karyotypisch eingeteilt und hatten Trisomie 21. Eine formale kognitive Beurteilung der Demenz bei Down-Syndrom wurde nicht durchgeführt. Bei allen Down-Syndrom-Gehirnen gab es reichliche und umfassende beta-Amyloid-Ablagerungen, Verflechtungen der Neurofibrillen und neuritische Plaques. Die Alzheimer-Patienten erfüllten die Kriterien, die vom National Institute of Neurological Disorders and Stroke and Alzheimer's disease and Related Disorders Association für vermutliche Alzheimer-Erkrankung aufgestellt worden waren (Tierney et al., Neurology 38 (1989), 359-364). Die neuropathologische Diagnose "bestimmte Alzheimer-Erkrankung" wurde unter Verwendung der CERAD-Kriterien bestätigt (Mirra et al., Neurology 41 (1991), 479-486). Normale Gehirne, die von Individuen stammten, welche keine neurologische oder psychiatrische Krankheitsgeschichte hatten, wurden als Kontrollen verwendet. Die Haupttodesursache war Bronchopneumonie bei Down-Syndrom und Alzheimer-Erkrankung und Herzerkrankung bei den Kontrollen. Das frische Gehirn wurde disseziert, coronaförmige Schnitte wurden schockgefroren und bis zur Verwendung bei -70°C aufbewahrt.Postmortem samples of human brain (temporal cortex and cerebellum) were obtained from the MRC London Brain Bank for Neurodegenerative Diseases, Institute of Psychiatry. All patients with Down syndrome were caryotyped and had trisomy 21. A formal cognitive assessment of dementia in Down syndrome was not performed. All Down syndrome brains had abundant and extensive beta-amyloid deposits, neurofibril entanglements, and neuritic plaques. Alzheimer's patients met the criteria established by the National Institute of Neurological Disorders and Stroke and Alzheimer's disease and Related Disorders Association for suspected Alzheimer's disease (Tierney et al., Neurology 38 (1989), 359-364). The neuropathological diagnosis " certain Alzheimer's disease " was confirmed using the CERAD criteria (Mirra et al., Neurology 41 (1991), 479-486). Normal brains from individuals who had no neurological or psychiatric history were used as controls. The main cause of death was bronchopneumonia in Down syndrome and Alzheimer's disease and heart disease in the controls. The fresh brain was dissected, corona-shaped sections were snap frozen and stored at -70 ° C until use.

Gehirngewebe (temporale Hirnrinde) wurde unter Verwendung eines Mörsers und eines Stös-sels unter flüssigem Stickstoff gemahlen und in RNAzol B (Molecular Research Center, Newark, USA) lysiert. Die Homogenate, welchen 0,1 Volumen Chloroform zugesetzt worden war, wurden heftig 15 Sekunden lang geschüttelt, 5 Minuten auf Eis gelagert und bei 12.000 g 15 Minuten lang bei 4°C zentrifugiert. Gesamt-RNA blieb in der oberen wässerigen Phase und wurde durch Schütteln mit einem gleichen Volumen an Isopropanol ausgefällt. Die Mischungen wurden 15 Minuten lang bei 4°C inkubiert und bei 12.000 g 15 Minuten lang bei 4°C zentrifugiert. Gesamt-RNA-Pellets wurden mit 75 % igem Ethanol gewaschen, getrocknet und in RNase-freiem Wasser gelöst. Um eine Verunreinigung der Chromosomen-DNA zu verhindern, wurde mRNA unter Verwendung des Quick Prep Micro mRNA-Reinigungskits (Pharmacia Biotech, Uppsala, Schweden), welches Oligo(dT)-Cellulose enthält, gemäß den Instruktionen des Herstellers isoliert. Die Konzentrationen von Gesamt-RNA und mRNA wurden spektrophotometrisch mit einer Absorption bei 260 nm berechnet.Brain tissue (temporal cortex) was ground using a mortar and pestle under liquid nitrogen and lysed in RNAzol B (Molecular Research Center, Newark, USA). The homogenates, to which 0.1 volume of chloroform had been added, were shaken vigorously for 15 seconds, stored on ice for 5 minutes and centrifuged at 12,000 g for 15 minutes at 4 ° C. Total RNA remained in the upper aqueous phase and was precipitated by shaking with an equal volume of isopropanol. The mixtures were incubated at 4 ° C for 15 minutes and centrifuged at 12,000 g for 15 minutes at 4 ° C. Total RNA pellets were washed with 75% ethanol, dried and dissolved in RNase-free water. To prevent contamination of the chromosome DNA, mRNA was isolated using the Quick Prep Micro mRNA purification kit (Pharmacia Biotech, Uppsala, Sweden), which contains oligo (dT) cellulose, according to the manufacturer's instructions. The concentrations of total RNA and mRNA were calculated spectrophotometrically with an absorption at 260 nm.

Unter Verwendung des RNAimage-Kit (GenHunter Corp., Nashville, USA) wurde eine differenzierte Display-Polymerase-Kettenreaktion (DD-PCR) durchgeführt. Kurz gesagt, wurde die isolierte mRNA (100 ng) in reverse Transkriptase-Puffer (25 mM Tris-Cl, pH 8,3, 37,6 mM KCl, 1,5 mg 4A differentiated display polymerase chain reaction (DD-PCR) was carried out using the RNAimage kit (GenHunter Corp., Nashville, USA). Briefly, the isolated mRNA (100ng) was in reverse transcriptase buffer (25mM Tris-Cl, pH 8.3, 37.6mM KCl, 1.5mg 4

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MgCI2 und 5 mM DTT), enthaltend 5 Einheiten/μΙ MMLV reverse Transkriptase, 20 μΜ dNTP-Mischung und 0,2 μΜ von jeweils Einbasen-verankertem Oligo(dT)-Primer (-G, -A oder -C) revers transkribiert. Die reverse Transkriptionsmischung wurde für die PCR in einer Verdünnung von 1:10 verwendet. Danach wurde die PCR (20 μΙ) in PCR-Puffer (10 mM Tris-Cl, pH 8,4, 50 mM KCl 5 1,5 mM MgCI2 und 0,001 % Gelatine), enthaltend 2 μΜ dNTP, 0,2 μΜ von Einbasen-verankertemMgCI2 and 5 mM DTT), containing 5 units / μΙ MMLV reverse transcriptase, 20 μΜ dNTP mixture and 0.2 μΜ of each single-base-anchored oligo (dT) primer (-G, -A or -C) reverse transcribed. The reverse transcription mixture was used for the PCR at a 1:10 dilution. Thereafter, the PCR (20 μΙ) in PCR buffer (10 mM Tris-Cl, pH 8.4, 50 mM KCl 5, 1.5 mM MgCl 2 and 0.001% gelatin), containing 2 μΜ dNTP, 0.2 μΜ of basebase -verankertem

Oligo(dT)-Primer, 0,2 μΜ beliebigen Primer, 0,2 μΙ a-[33P]dATP (2000 Ci/mMol) und 0,05 Einhei-ten/μΙ AmpliTaq DNA-Polymerase (Perkin-Elmer) durchgeführt. Das Thermocycliergerät (GeneAmp PCR System 9700, Perkin-Elmer) wurde wie folgt programmiert: 40 Zyklen bei 94°C während 30 Sekunden, bei 40°C während 2 Minuten und 72°C während 30 Sekunden, und es endete mit 10 einer letzten Verlängerung bei 72°C während 5 Minuten. Mit 33P markierte PCR-Produkte wurden auf 6 % denaturierendem Polyacrylamidgel 3,5 Stunden lang bei einer konstanten Stromstärke von 60 Watt abgetrennt. Das geblottete Gel auf einem Stück 3M-Papier wurde unter Vakuum 1 Stunde lang bei 80°C getrocknet. Das mit dem getrockneten Gel ausgerichtete Autoradiogramm wurde belichtet und entwickelt. Die Banden, an denen ein Interesse bestand, wurden von den trockenen 15 Gelen weggeschnitten, durch Kochen in Wasser eluiert, und mittels PCR mit demselben Primersatz unter denselben Bedingungen reamplifiziert. Die reamplifizierten cDNA-Fragmente wurden in PCR-TRAP-Vektor unter Verwendung des PCR-TRAP-Kloniersystems (GenHunter) gemäß den Instruktionen des Herstellers kloniert. Die DNA-Sequenzierung erfolgte auf MWG-BIOTECH (Ebersberg, Deutschland) und die Sequenz wurde mit allen EMBL-Sequenzdatenbanken vergli-20 chen.Oligo (dT) primer, 0.2 μΜ any primer, 0.2 μΙ a- [33P] dATP (2000 Ci / mmol) and 0.05 unit / μΙ AmpliTaq DNA polymerase (Perkin-Elmer) performed. The thermal cycler (GeneAmp PCR System 9700, Perkin-Elmer) was programmed as follows: 40 cycles at 94 ° C for 30 seconds, at 40 ° C for 2 minutes and 72 ° C for 30 seconds, and it ended with 10 a last extension at 72 ° C for 5 minutes. PCR products labeled with 33P were separated on 6% denaturing polyacrylamide gel for 3.5 hours at a constant current of 60 watts. The blotted gel on a piece of 3M paper was dried under vacuum at 80 ° C for 1 hour. The autoradiogram aligned with the dried gel was exposed and developed. The bands of interest were cut away from the dry gels, eluted by boiling in water, and reamplified by PCR with the same set of primers under the same conditions. The reamplified cDNA fragments were cloned into PCR-TRAP vector using the PCR-TRAP cloning system (GenHunter) according to the manufacturer's instructions. DNA sequencing was performed on MWG-BIOTECH (Ebersberg, Germany) and the sequence was compared with all EMBL sequence databases.

Gehirngewebe wurden in Homogenat-Puffer bestehend aus 10 mM Tris-HCI (pH 7,5), 150 mM NaCI, 0,05 % (V/V) Tween 20, 4 % CHAPS, 1 mM EDTA und einer Mischung aus Proteasehemmern, 1 mM PMSF und 1 pg/ml von jeweils Pepstatin A, Chymostatin, Leupeptin und Antipain zum Immunoblotten suspendiert. Die Suspension wurde in einem Potter-Elvehjem-Homogenisator bei 25 4°C homogenisiert und 10 Minuten lang bei 10.000 x g zentrifugiert. Mit dem BCA-Protein-Unter- suchungskit (Pierce, USA) wurde die Konzentration des Proteins im Überstand bestimmt. Proben (10 μg) wurden mit demselben Volumen an Probenpuffer (125,5 mM Tris, 70 mM SDS, 0,001 % Bromphenolblau, 20 % Glycerin, 2 % 2-Mercaptoethanol, pH 6,8) gemischt, 15 Minutenlang bei 95°C inkubiert und auf ein homogenes 12,5 % ExcelGel SDS-Gel (Amersham Pharmacia Biotech, 30 Schweden) geladen. Die Elektrophorese wurde mit Multiphor II Electrophoresis System (Amersham Pharmacia Biotech, Schweden) durchgeführt. Auf dem Gel abgetrennte Proteine wurden auf eine PVDF-Membran (Millipore, Bedford, USA) transferiert und die Membran wurde in Blockierungspuffer (10 mM Tris-HCI, pH 7,5, 150 mM NaCI, 0,1 % Tween 20, 0,1 % MgCI2 und 1 % Mager-Trockenmilch) blockiert. Die Membran wurde 2 Stunden lang bei Raumtemperatur mit 35 Kaninchen-Antiseren gegen bovines ARPP-19 inkubiert. Dieses wurde freundlicherweise von P. Greengard (Laboratory of Molecular and Cellular Neuroscience, Rockefeiler University, NY) zur Verfügung gestellt. Nach dreimaligem 15-minütigen Waschen mit Blockierungspuffer wurden die Membranen mit einer 1:1000-Verdünnung eines sekundären Antikörpers Anti-Kaninchen lgG(H+L) als Sonde, gekoppelt an Meerrettich-Peroxidase (Southern Biotechnology Associates, Inc., Alaba-40 ma, USA) 1 Stunde lang untersucht. Die Membran wurde dreimal 15 Minuten lang gewaschen und mit dem Western Blot-Chemilumineszenz-Reagens (NEN™ Life Science Products, Inc., USA) entwickelt. Die Dichten der signalisierenden Banden wurden mittels RFLP-Scan Version 2.1 Software-Programm (Scanalytics, USA) gemessen.Brain tissues were dissolved in homogenate buffer consisting of 10 mM Tris-HCl (pH 7.5), 150 mM NaCl, 0.05% (v / v) Tween 20, 4% CHAPS, 1 mM EDTA and a mixture of protease inhibitors, 1 mM PMSF and 1 pg / ml each of pepstatin A, chymostatin, leupeptin and antipain suspended for immunoblotting. The suspension was homogenized in a Potter-Elvehjem homogenizer at 25 4 ° C and centrifuged at 10,000 x g for 10 minutes. The concentration of the protein in the supernatant was determined using the BCA protein test kit (Pierce, USA). Samples (10 µg) were mixed with the same volume of sample buffer (125.5 mM Tris, 70 mM SDS, 0.001% bromophenol blue, 20% glycerol, 2% 2-mercaptoethanol, pH 6.8), incubated for 15 minutes at 95 ° C and loaded onto a homogeneous 12.5% ExcelGel SDS gel (Amersham Pharmacia Biotech, 30 Sweden). The electrophoresis was carried out with Multiphor II Electrophoresis System (Amersham Pharmacia Biotech, Sweden). Proteins separated on the gel were transferred to a PVDF membrane (Millipore, Bedford, USA) and the membrane was placed in blocking buffer (10 mM Tris-HCl, pH 7.5, 150 mM NaCl, 0.1% Tween 20, 0, 1% MgCI2 and 1% lean dry milk) blocked. The membrane was incubated with 35 rabbit antisera against bovine ARPP-19 at room temperature for 2 hours. This was kindly provided by P. Greengard (Laboratory of Molecular and Cellular Neuroscience, Rockefeiler University, NY). After washing three times for 15 minutes with blocking buffer, the membranes were probed with a 1: 1000 dilution of a secondary antibody anti-rabbit IgG (H + L) coupled to horseradish peroxidase (Southern Biotechnology Associates, Inc., Alaba-40 ma , USA) examined for 1 hour. The membrane was washed three times for 15 minutes and developed with the Western Blot Chemiluminescent Reagent (NEN ™ Life Science Products, Inc., USA). The densities of the signaling bands were measured using the RFLP-Scan version 2.1 software program (Scanalytics, USA).

Zur Bestimmung der PKA-Aktivitäten wurden Aliquots von Gehirnproben mittels Ultraschall in 45 einem Eisbad in neun Volumina von 5 mM Trisacetat-Puffer (pH 7,4) enthaltend 10 mM Mercapto-ethanol homogenisiert. Der 10.000 x g Überstand des Homogenats wurde zur Enzymaktivitätsmessung verwendet. Es wurde der SpinZyme nicht-radioaktive PKA-Assaykit (Pierce) gemäß den Vorschriften des Herstellers verwendet. Kurz gesagt wurden die Proben mit einer Reaktionsmischung, die das Peptidsubstrat, das mit einem fluoreszierenden Farbstoff markiert worden war, so enthielt, inkubiert. Die Reaktionsmischung wurde auf eine Trenneinheit, welche die Affinitätsmembran enthielt, aufgetragen. Das phosphorylierte Produkt wurde spezifisch an die Membran gebunden, wogegen nicht-umgesetztes Substrat durch den Träger durchging, wenn mit Bindungspuffer unter Verwendung von Zentrifugation gewaschen wurde. Nachdem der die Membran enthaltende Behälter in eine neue Aufnahmevorrichtung transferiert worden war, wurde das gebundene 55 phosphorylierte Substrat von der Membran mit Elutionspuffer eluiert. Die Quantifizierung von 5To determine the PKA activities, aliquots of brain samples were homogenized using ultrasound in an ice bath in nine volumes of 5 mM trisacetate buffer (pH 7.4) containing 10 mM mercapto-ethanol. The 10,000 x g supernatant of the homogenate was used to measure enzyme activity. The SpinZyme non-radioactive PKA assay kit (Pierce) was used in accordance with the manufacturer's instructions. Briefly, the samples were incubated with a reaction mixture containing the peptide substrate that had been labeled with a fluorescent dye. The reaction mixture was applied to a separation unit containing the affinity membrane. The phosphorylated product was specifically bound to the membrane, whereas unreacted substrate passed through the support when washed with binding buffer using centrifugation. After the container containing the membrane was transferred to a new receiving device, the bound 55 phosphorylated substrate was eluted from the membrane with elution buffer. The quantification of 5

AT 410 673 B sowohl nicht-phosphoryliertem als auch phosphoryliertem Substrat erfolgte durch Messen der Absorption bei 570 nm und die Fluoreszenzablesungen mit einer Erregung bei 573 nm und Emission bei 589 nm.AT 410 673 B both non-phosphorylated and phosphorylated substrate was carried out by measuring the absorption at 570 nm and the fluorescence readings with an excitation at 573 nm and emission at 589 nm.

Die Unterschiede zwischen den Gruppen wurden durch den nicht-parametrischen Mann-Whitney U-Test unter Verwendung des GraphPad lnstat2-Programms berechnet und der Signifikanz-Level wurde auf P&lt;0,05 geschätzt. Alle Ergebnisse sind als Mittelwert ± Standard-Abweichung (SA) dargestellt.The differences between the groups were calculated by the Mann-Whitney U non-parametric U-test using the GraphPad Instat2 program and the level of significance was estimated to be P <0.05. All results are presented as mean ± standard deviation (SA).

ERGEBNISSERESULTS

Um entartete Gene im menschlichen Gehirn bei neurodegenerativen Erkrankungen zu detek-tieren, wurde das mRNA-Expressionsmuster der temporalen Region von Patienten mit Down-Syndrom und Alzheimer-Erkrankung im Vergleich zu Kontrollen unter Verwendung der DD-PCR untersucht. Die DD-PCR wurde unter Verwendung einer Gesamtzahl von insgesamt 24 Primer-Kombinationen durchgeführt. In der DD-PCR konnte ein differentiell exprimiertes 157 Basen cDNA-Fragment detektiert werden, das durch einen Einbasen-verankerten Oligo(dT)-Primer (5-AAGCT1111I I1111A-3') und einen Arbiträr-Primer (5'-AAGCTTCGACTGT-3') amplifiziert worden ist. Die cDNA-Banden, die bei Down-Syndrom fehlten, aber in Alzheimer-Erkrankung expri-miert waren, wurden aus dem Gel herausgeschnitten, wiederum amplifiziert, subkloniert und danach sequenziert. Die Ausrichtung der Nukleinsäuresequenz mit der von EMBL erhaltenen Sequenz zeigte, dass ein 157 Basen cDNA-Fragment eine 100 %ige Homologie mit der ARPP-19 mRNA-Sequenz aufwies (Fig. 1). Bei der Scheitelbeinrinde von Down-Syndrom und Alzheimer-Erkrankung wurde die geringe Expressionsmenge an cDNA-Fragment mit einer hohen Homologie zu ARPP-19 mRNA unter Verwendung der DD-PCR mit denselben Primern und unter denselben Bedingungen (die Daten sind nicht angeführt) beobachtet. Es wurden die Proteinmengen von ARPP-19 in der Schläfenrinde und im Kleinhirn untersucht. Die Proteinmengen an ARPP-19 waren bei Down-Syndrom signifikant verringert (Schläfenrinde) und bei Alzheimer-Erkrankung (im Kleinhirn) wie in Tabelle 1 gezeigt.In order to detect degenerate genes in the human brain in neurodegenerative diseases, the mRNA expression pattern of the temporal region of patients with Down syndrome and Alzheimer's disease was examined in comparison to controls using DD-PCR. DD-PCR was performed using a total of 24 primer combinations in total. In DD-PCR, a differentially expressed 157 base cDNA fragment was detected, which was determined by a single-base-anchored oligo (dT) primer (5-AAGCT1111I I1111A-3 ') and an arbitrary primer (5'-AAGCTTCGACTGT-3 ') has been amplified. The cDNA bands that were absent from Down syndrome but were expressed in Alzheimer's disease were excised from the gel, amplified again, subcloned and then sequenced. Alignment of the nucleic acid sequence with the sequence obtained from EMBL showed that a 157 base cDNA fragment had 100% homology with the ARPP-19 mRNA sequence (FIG. 1). In the parietal cortex of Down syndrome and Alzheimer's disease, the low expression level of cDNA fragment with a high homology to ARPP-19 mRNA was observed using DD-PCR with the same primers and under the same conditions (the data are not shown). The protein amounts of ARPP-19 in the temporal cortex and in the cerebellum were examined. The protein levels of ARPP-19 were significantly reduced in Down syndrome (temporal cortex) and in Alzheimer's disease (in the cerebellum) as shown in Table 1.

Tabelle 1: ARPP-19 Protein-Levels in Gehirnregionen von Patienten mit Down-Syndrom, Alzheimer-Erkrankung und Kontrollen.Table 1: ARPP-19 protein levels in brain regions of patients with Down syndrome, Alzheimer's disease and controls.

Kontrolle Down-Syndrom Mzheimer- Erkrankung Schläfenrinde ARPP-19 5,62 ± 2,28 1,36 ± 1,14* 5,88 ± 4,15 N 6 3 4 Alter (Jahre) 39,17 ±16,11 57,33 ±11,50 60,25 ± 6,95 Postmortem Intervall (Stunden) 33,67 + 12,26 44,33 ± 23,97 18,25 ±17,17 Kleinhirn ARPP-19 3,12 ±3,04 2,22 ± 2,78 0,83 ± 0,59* N 6 4 5 Alter (Jahre) 62,00 ± 9,84 58,50 ± 10,47 60,80 ± 6,83 Postmortem Intervall (Stunden) 34,17 ±12,70 30,00 ± 29,70 17,20 ±8,38 *P&lt;0,05Control Down syndrome Mzheimer's disease temporal cortex ARPP-19 5.62 ± 2.28 1.36 ± 1.14 * 5.88 ± 4.15 N 6 3 4 age (years) 39.17 ± 16.11 57, 33 ± 11.50 60.25 ± 6.95 postmortem interval (hours) 33.67 + 12.26 44.33 ± 23.97 18.25 ± 17.17 cerebellum ARPP-19 3.12 ± 3.04 2 , 22 ± 2.78 0.83 ± 0.59 * N 6 4 5 age (years) 62.00 ± 9.84 58.50 ± 10.47 60.80 ± 6.83 postmortem interval (hours) 34, 17 ± 12.70 30.00 ± 29.70 17.20 ± 8.38 * P <0.05

Das Alter und das Postmortem-Intervall der Gehirnproben, die zum Immunoblotten verwendet wurden, war verschieden, doch war weder zwischen dem Alter noch dem Postmortem-Intervall und 6The age and postmortem interval of the brain samples used for immunoblotting was different, but was neither between the age nor the postmortem interval and 6

AT 410 673 B den ARPP-19-Proteinmengen eine Korrelation ersichtlich (Daten nicht angegeben). Die aus dem Immunoblotten erhaltenen Daten bestätigten die &quot;differential display&quot;-Befunde von verschlechterten ARPP-19 mRNA-Mengen in der Schlafenrinde von Down-Syndrom. Da ARPP-19 ein Substrat für PKA ist, wurden auch die PKA-Aktivitäten in beiden Regionen bestimmt. Die PKA-Aktivitäten waren in der Schlafenrinde von Down-Syndrom und Alzheimer-Erkrankung sowie im Kleinhirn von Down-Syndrom verringert (Tabelle 2).AT 410 673 B the ARPP-19 protein amounts show a correlation (data not specified). The data obtained from the immunoblotting confirmed the "differential display" findings of deteriorated levels of ARPP-19 mRNA in the sleeping cortex of Down syndrome. Since ARPP-19 is a substrate for PKA, the PKA activities in both regions were also determined. PKA activities were reduced in the sleeping cortex from Down syndrome and Alzheimer's disease and in the cerebellum from Down syndrome (Table 2).

Tabelle 2: PKA-Aktivitäten in Gehirnregionen von Patienten mit Down-Syndrom, Alzheimer-Erkrankung und Kontrollen.Table 2: PKA activities in brain regions of patients with Down syndrome, Alzheimer's disease and controls.

Kontrolle Down-Syndrom Alzheimer- Erkrankung Schläfenrinde 0,55 ± 0,13 0,26 ± 0,09*** 0,36 ± 0,17* Kleinhirn 0,35 ± 0,05 0,20 ± 0,08** 0,38 ± 0,09* N 10 9 9 Alter (Jahre) 45,10 ± 19,05 55,67 ± 7,48 59,00 ± 8,52 Postmortem Intervall (Stunden) 29,70 + 11,95 31,44 + 19,56 27,11 ± 19,70 ***P&lt;0,001; **P&lt;0,01 ; *P&lt;0,05Control Down syndrome Alzheimer's disease cortex 0.55 ± 0.13 0.26 ± 0.09 *** 0.36 ± 0.17 * cerebellum 0.35 ± 0.05 0.20 ± 0.08 ** 0.38 ± 0.09 * N 10 9 9 age (years) 45.10 ± 19.05 55.67 ± 7.48 59.00 ± 8.52 postmortem interval (hours) 29.70 + 11.95 31 , 44 + 19.56 27.11 ± 19.70 *** P <0.001; ** P <0.01; * P &lt; 0.05

Das Alter und das Postmortem-Intervall der Gehirnproben hatten keinen Einfluss auf die PKA-Aktivitäten (Daten nicht dargestellt).The age and postmortem interval of the brain samples had no influence on the PKA activities (data not shown).

DISKUSSIONDISCUSSION

Es wurden deutlich verringerte Proteinmengen an ARPP-19 in der Schläfenrinde von Down-Syndrom beobachtet, was die DD-PCR-Ergebnisse bestätigte, welche verschlechterte mRNA-Mengen an ARPP-19 zeigten. Die deutlich verringerten Proteinmengen von ARPP-19 wurden ebenso im Kleinhirn von Alzheimer-Erkrankung beobachtet. ARPP-19, das in allen Gehirnregionen gefunden wird, ist eines der von cAMP-regulierten Phosphoproteine, wie ARPP-16, ARPP-21 und DARPP-32 (Dopamin und cAMP-reguliertes Phosphoprotein). Intrazelluläres cAMP spielt Schlüsselrollen als zweite Messenger-Signale bei der Modulation von zahlreichen physiologischen Prozessen. Da die Synthese von cAMP durch Adeny-lylcyclase reguliert wird, die durch an G-Protein gekoppelte Zelloberfläche-Rezeptoren mit anderen extrazellulären Stimuli wirkt, wird die Menge an cAMP durch die Aktivitäten von Adenylylcyclase bestimmt. Vasoaktives Intestinalpeptid (VIP) und Forskolin als Aktivatoren von Adenylatcyclase steigerten die Mengen der Phosphorylierung von ARPP-19. Mehrere Studien berichteten von der Beteiligung der cAMP-Signalisierungsbahn bei der Pathologie von Alzheimer-Erkrankung und bei einem Tiermodell von Down-Syndrom. Die Basalproduktion von cAMP erwies sich als geschädigt und die Reaktion von Adenylylcyclase auf die Stimulation der beta-Adrenorezeptoren mit Isoprena-lin und der katalytischen Untereinheit mit Forskolin waren beide im Hippocampus von Mäusen mit segmentaler Trisomie (Ts65Dn), einem Modell für die geistige Behinderung bei Down-Syndrom, stark verringert. Die reduzierte cAMP-Signaltransduktion wurde vom Postmortem-Hippocampus aus an Demenz leidenden alten Individuen berichtet, was die signifikante Reduktion an sowohl basaler als auch stimulierter Adenylylcyclase-Aktivität zeigt. Die deutlich reduzierte Aktivität der Adenylylcyclase wurde in der Vorderhirn- und/oder Schlafencortex von Alzheimer-Erkrankung beobachtet und im Hippocampus und im Kleinhirn von Alzheimer-Erkrankung bestätigt. Verringerte Mengen an gehirnspezifischen Adenylylcyclase-Untertypen wurden ebenso bei Patienten mit einer Demenz vom Alzheimer-Typ (DAT) berichtet. Die Immunreaktivitäten von Adenylylcyclase-I und -II waren beträchtlich verringert, doch jene der Adenylylcyclase-IV und -V/Vl waren in den Scheitelbeinrindenmembranen bei DAT unverändert. 7Significantly reduced protein levels of ARPP-19 were observed in the temporal cortex of Down syndrome, which confirmed the DD-PCR results, which showed worsened mRNA levels of ARPP-19. The significantly reduced protein levels of ARPP-19 were also observed in the cerebellum of Alzheimer's disease. ARPP-19, found in all brain regions, is one of the cAMP-regulated phosphoproteins, such as ARPP-16, ARPP-21, and DARPP-32 (dopamine and cAMP-regulated phosphoprotein). Intracellular cAMP plays key roles as second messenger signals in the modulation of numerous physiological processes. Because the synthesis of cAMP is regulated by adenylylcyclase, which acts with other extracellular stimuli through cell surface receptors coupled to G protein, the amount of cAMP is determined by the activities of adenylylcyclase. Vasoactive intestinal peptide (VIP) and forskolin as activators of adenylate cyclase increased the levels of phosphorylation of ARPP-19. Several studies have reported the involvement of the cAMP signaling pathway in the pathology of Alzheimer's disease and in an animal model of Down syndrome. Basal production of cAMP was found to be impaired and the response of adenylyl cyclase to stimulation of the beta adrenoreceptors with isoprena-lin and the catalytic subunit with forskolin were both in the hippocampus of segmental trisomy (Ts65Dn) mice, a model for mental retardation Down syndrome, greatly reduced. The reduced cAMP signal transduction was reported from the postmortem hippocampus from dementia sufferers in the elderly, showing the significant reduction in both basal and stimulated adenylyl cyclase activity. The markedly reduced activity of adenylyl cyclase was observed in the forebrain and / or sleeping cortex of Alzheimer's disease and was confirmed in the hippocampus and cerebellum of Alzheimer's disease. Reduced levels of brain-specific adenylyl cyclase subtypes have also been reported in patients with Alzheimer's type (DAT) dementia. The immunoreactivities of adenylyl cyclase I and II were significantly reduced, but those of adenylyl cyclase IV and V / VI were unchanged in the parietal cortex membranes at DAT. 7

Claims (8)

AT 410 673 B Verringerte cAMP-Mengen in Folge der reduzierten Aktivität von Adenylylcyclase könnten in der Folge zu verringerten PKA-Aktivität führen. PKA, ein wesentlicher intrazellulärer Rezeptor für cAMP, kann die Wirkungen in Folge von Veränderungen in der intrazellulären Konzentration dieses zweiten Messengers vermitteln und eine Vielfalt von Proteinen im Nervengewebe phosphorylieren. Bei dieser Untersuchung wurden verringerte PKA-Aktivitäten in der Schläfenrinde bei Down-Syndrom und Alzheimer-Erkrankung sowie im Kleinhirn bei Down-Syndrom beobachtet. Synapsin I, ein neuronales Phosphoprotein, das in präsynaptischen Nervenenden angereichert ist, wird ebenso durch PKA reguliert, und tatsächlich wurden geringere Mengen an Synapsin I im Alzhei-mer-Hippocampus beobachtet. Verringerte in vitro-Phosphorylierung von Synapsin I (Stelle 1) wurde ebenso bei Postmortem-Gewebe von Alzheimer-Erkrankung berichtet. PKA scheint auch die Funktion nuklearer Faktoren, die an DNA-Sequenzen binden, welche in den Promotorregionen von cAMP-induzierten Genen vorhanden sind, zu modulieren. Die meisten dieser Gene enthalten eines oder einige Elemente, die auf cAMP reagieren, &quot;cAMP-responsive elements&quot; (CREs) und &quot;cAMP response element binding protein&quot; (CREB) ist eines davon. Bei DAT wurde die deutlich verringerte Immunreaktivität von phosphoryliertem CREB berichtet. CREB-abhängige Transkription scheint wesentlich für die Langzeitgedächtnis-Konsolidierung bei Tieren zu sein. Langzeitpotentiierung des Hippocampus (long term potentiation, LTP) dient vermutlich als elementarer Mechanismus für die Erstellung bestimmter Formen von explizitem Gedächtnis im Säugerhirn. PKA-Inhibitoren blockierten ein länger dauerndes Stadium (L-LTP), welches eines der LTP-Stadien ist und eine Proteinsynthese erfordert. Weiters induzierten Analoga von cAMP eine Potentiierung, die natürlich induziertes L-LTP blockierten. Die Aktivierung präsynaptischer PKA erwies sich als notwendig für die Induktion von LTP im Kleinhirn. Die Auswirkung von Alzheimer-Amyloid-beta-peptiden auf die Schädigung von LTP des Hippocampus wurde berichtet und bei der Ts65Dn-Maus wurde ebenfalls verringertes LTP beobachtet. Auf Grund dieser Untersuchungen könnte die Wirkung der Proteinphosphorylierung auf die neuronale Funktion biochemische Ereignisse inkludieren, die dem Kurzzeit- und dem Langzeitgedächtnis bei neurodegenerativen Erkrankungen, die eine Demenz zeigen, zugrundeliegen. Zusammenfassend gesagt wurde eine verringerte Aktivität von PKA und seinem Substrat ARPP-19 in Gehirnen von Patienten mit Down-Syndrom und Alzheimer-Erkrankung beobachtet. Diese Ergebnisse lassen darauf schließen, dass eine verringerte Expression von ARPP-19 mit verringerten PKA-Aktivitäten in Beziehung stehen könnte, obwohl verringerte PKA eine Folge verringerter cAMP-Mengen sein könnte, die durch eine Fehlfunktion der Adenylylcyclase bei neurodegenerativen Erkrankungen bewirkt werden. Alternativ kann verringertes ARPP-19 sehr wohl eine Folge einer verringerten PKA sein, eine Vermutung, die weniger wahrscheinlich ist, wenn man sie im Zusammenhang mit den erhaltenenen Ergebnissen betrachtet. Außerdem können diese Ergebnisse auf den Beitrag von ARPP-19 und von PKA zur fehlerhaften Phosphorylierung und Signalisierung hinweisen, der für die Pathophysiologie beider Erkrankungen relevant ist. Diese Ergebnisse zeigen, dass verringerte Mengen an ARPP-19, zusammen mit einer verringerten Aktivität von PKA zu einem beschädigten Mechanismus der cAMP-verwandten Signalweiterleitung und Phosphorylierung führen können und bei der Pathophysiologie neurodegenerativer Erkrankungen eine Rolle spielen. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Detektion der Alzheimer-Erkrankung oder des Down-Syndroms gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: - Bereitstellen einer Gewebeprobe oder einer Körperflüssigkeit eines Menschen mit Verdacht auf Alzheimer-Erkrankung oder Down-Syndrom. - Bestimmen des Gehaltes an dem cAMP-regulierten Phosphoprotein mit einem Molekulargewicht von 19.000 (ARPP-19) in der Gewebeprobe oder in der Körperflüssigkeit und - Vergleichen des ermittelten ARPP-19-Gehaltes mit einem Referenzwert, mit welchem die Feststellung über das Vorhandensein einer Alzheimer-Erkrankung oder des Down-Syndroms in diesem Menschen möglich ist.AT 410 673 B Reduced amounts of cAMP as a result of the reduced activity of adenylyl cyclase could subsequently lead to reduced PKA activity. PKA, an essential intracellular receptor for cAMP, can mediate the effects of changes in the intracellular concentration of this second messenger and phosphorylate a variety of proteins in nerve tissue. Reduced PKA activity was observed in the temporal cortex in Down syndrome and Alzheimer's disease and in the cerebellum in Down syndrome. Synapsin I, a neuronal phosphoprotein enriched in presynaptic nerve endings, is also regulated by PKA, and in fact, lower levels of Synapsin I have been observed in the Alzheimer hippocampus. Reduced in vitro phosphorylation of synapsin I (site 1) has also been reported in postmortem tissue from Alzheimer's disease. PKA also appears to modulate the function of nuclear factors that bind to DNA sequences that are present in the promoter regions of cAMP-induced genes. Most of these genes contain one or some elements that respond to cAMP, &quot; cAMP-responsive elements &quot; (CREs) and &quot; cAMP response element binding protein &quot; (CREB) is one of them. The significantly reduced immunoreactivity of phosphorylated CREB was reported in DAT. CREB-dependent transcription appears to be essential for long-term memory consolidation in animals. Long-term potentiation of the hippocampus (long-term potentiation, LTP) presumably serves as an elementary mechanism for the creation of certain forms of explicit memory in the mammalian brain. PKA inhibitors blocked a prolonged stage (L-LTP), which is one of the LTP stages and requires protein synthesis. Analogues of cAMP also induced potentiation that blocked naturally induced L-LTP. The activation of presynaptic PKA proved to be necessary for the induction of LTP in the cerebellum. The effect of Alzheimer's amyloid beta peptides on damage to LTP of the hippocampus has been reported, and decreased LTP has also been observed in the Ts65Dn mouse. Based on these studies, the effect of protein phosphorylation on neuronal function could include biochemical events that underlie short-term and long-term memory in neurodegenerative diseases that show dementia. In summary, decreased activity of PKA and its substrate ARPP-19 has been observed in the brains of patients with Down syndrome and Alzheimer's disease. These results suggest that decreased expression of ARPP-19 may be related to decreased PKA activities, although decreased PKA could be a result of decreased levels of cAMP caused by adenylyl cyclase malfunction in neurodegenerative diseases. Alternatively, decreased ARPP-19 may very well be a result of decreased PKA, a guess less likely when viewed in conjunction with the results obtained. In addition, these results may indicate the contribution of ARPP-19 and PKA to faulty phosphorylation and signaling, which is relevant for the pathophysiology of both diseases. These results show that decreased levels of ARPP-19, along with decreased activity of PKA, can lead to a damaged mechanism of cAMP-related signaling and phosphorylation and play a role in the pathophysiology of neurodegenerative diseases. PATENT CLAIMS: 1. A method for the detection of Alzheimer's disease or Down syndrome characterized by the following steps: - Providing a tissue sample or a body fluid of a person with suspected Alzheimer's disease or Down syndrome. - Determining the content of the cAMP-regulated phosphoprotein with a molecular weight of 19,000 (ARPP-19) in the tissue sample or in the body fluid and - Comparing the determined ARPP-19 content with a reference value with which the determination of the presence of Alzheimer's Disease or Down syndrome is possible in this person. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzwert der Wert von 8 AT 410 673 B gesunden Personen im jeweiligen Gewebe oder in der jeweiligen Körperflüssigkeit verwendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the value of 8 AT 410 673 B healthy people in the respective tissue or in the respective body fluid is used as a reference value. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperflüssigkeit ausgewählt ist aus Cerebrospinalflüssigkeit, Rückenmarks-Flüssigkeit, Blut, Serum oder Nervenextrakten.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the body fluid is selected from cerebrospinal fluid, spinal fluid, blood, serum or nerve extracts. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewebeprobe ausgewählt ist aus Nervengewebe, vorzugsweise Gehirngewebe, insbesondere Nucleus cau-datus, Nucleus accumbens, Putamen, Neocortex, Cerebrellum, insbesondere Cortex cere-brelli, temporaler Cortex, Gewebe, insbesondere Nervenzellen, aus peripheren Organen.4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the tissue sample is selected from nerve tissue, preferably brain tissue, in particular nucleus cau-datus, nucleus accumbens, putamen, neocortex, cerebrellum, in particular cortex cere-brelli, temporal cortex, tissue, in particular Nerve cells, from peripheral organs. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in mehr als einer Gewebeprobe oder in mehr als einer Körperflüssigkeit der Gehalt an ARPP-19 ermittelt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the content of ARPP-19 is determined in more than one tissue sample or in more than one body fluid. 6. Kit zur Detektion der Alzheimer-Erkrankung oder des Down-Syndroms, dadurch gekennzeichnet, dass er - Moleküle zur Bestimmung von ARPP-19 und - einen Referenzwert von ARPP-19 umfasst.6. Kit for the detection of Alzheimer's disease or Down syndrome, characterized in that it comprises - molecules for the determination of ARPP-19 and - a reference value of ARPP-19. 7. Kit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Moleküle zur Bestimmung von ARPP-19 ausgewählt sind aus Nukleinsäure-Amplifikations-Molekülen, insbesondere Molekülen zur Amplifikation von ARPP-19-mRNA, Antikörper gegen ARPP-19, insbesondere monoklonale Antikörper, oder Mischungen davon.7. Kit according to claim 6, characterized in that the molecules for the determination of ARPP-19 are selected from nucleic acid amplification molecules, in particular molecules for the amplification of ARPP-19 mRNA, antibodies against ARPP-19, in particular monoclonal antibodies, or Mixtures of these. 8. Kit nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzwert eine Probe aus einem Normal-Pool, vorzugsweise in lyophilisierter Form, vorgesehen ist. HIEZU 1 BLATT ZEICHNUNGEN 98. Kit according to claim 6 or 7, characterized in that a sample from a normal pool, preferably in lyophilized form, is provided as a reference value. THEREFORE 1 SHEET OF DRAWINGS 9
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