MIF und Alzheimer

Die Bedeutung der Schnittstelle zwischen Immunsystem und Nervensystem hat in den letzten Jahren deutlich zugenommen. Eine Reihe von experimentellen Studien der letzten Jahre belegen, dass das Immunsystem bei degenerativen Erkrankungen des Nervensystems eine essentielle Rolle spielt.

Unter dem Begriff Neurodegeneration können Prozesse zusammengefasst werden, die in der späten Phase der Erkrankung zu einem selektiven Verlust spezifischer Neuronenpopulationen oder eines bestimmten Hirnareals führen. Erkrankungen, bei denen die Neurodegeneration eine zentrale Rolle spielt, sind die Demenzen, wie z.B. die Alzheimer Erkrankung (AD).

AD ist eine fortschreitende neurodegenerative Erkrankung des Gehirns, die vor allem ältere Bevölkerungsgruppen betrifft (mit einer Prävalenz von 6% bei den über 65-Jährigen) und schließlich zum Tod führt. Im Verlauf der AD kommt es zu fortschreitenden kognitiven Einschränkungen der Patienten. Auslöser dafür sind Amyloid-beta (Aß)-Oligomere und –Fibrillen, die sich histopathologisch vor allem in den Regionen des Cortex und des Hippocampus von AD-Patienten darstellen lassen. Diese Aß-Ablagerungen provozieren im Gehirn eine Immunantwort, die von Zellen der Mikroglia vermittelt wird. In den letzten Jahren konnte gezeigt werden, dass bestimmte Mechanismen des Immunsystems eine bedeutsame Rolle bei der Pathogenese der AD haben.

Es existieren verschiedene Therapieansätze zur Behandlung bzw. Prävention der Alzheimerschen Erkrankung. Klassisch ist der Einsatz von Acetylcholinesterase-Inhibitoren, die den Abbau des Neurotransmitters Acytylcholin im synaptischen Spalt hemmen und so die Anregung postsynaptischer Nervenzellen aufrechterhalten. Das Fortschreiten der Krankheit kann durch den Einsatz dieser Mittel jedoch nur kurzfristig verhindert werden.

Kürzlich konnte durch Immunprezipitation MIF im zerebralen Kortex von AD Patienten nachgewiesen werden. Von besonders großem klinischen Interesse ist unser kürzlich publizierter Befund, dass sowohl in der Vorstufe der Alzheimer Erkrankung dem sogenannten „mild cognitive impairment“ (MCI) als auch in AD im Liquor deutlich erhöhte Spiegel an MIF gemessen werden konnten (Popp et al., 2009). Somit könnte der MIF-Spiegel im CSF möglicherweise als ein prognostischer Wert der Alzheimer Demenz fungieren. Diesen Befund konnten wir durch eine weitere unabhängige Messung mit CSF-Proben von AD-Patienten und Kontroll-Probanden bestätigen.

Abb. 1 Abb. 1 Deutlich erhöhte MIF-Spiegel im CSF von AD-Patienten (N=7) im Vergleich zu gesunden Probanden (Control) (N=7).

Geplante Untersuchungen


1) In-vitro Untersuchungen (neuronale Mischkulturen, Mikroglia, Astroglia)
Initial soll die Frage geklärt werden, ob die Aß-vermittelte Toxizität in primären neuronalen, mikrogliären und astrozytären Zellkulturen die endogene MIF-mRNA und Protein-Expression reguliert. Aus unseren Vorversuchen ist bekannt, dass primäre zerebelläre Körnerzellen präformiertes MIF enthalten. Mittels Western-Blot bzw. ELISA, werden die intra- und extrazellulären MIF-Spiegel nach Inkubation mit Aß bestimmt. Parallel dazu werden die steady-state MIF-mRNA durch Real-time-PCR bestimmt.

Im nächsten Schritt soll geklärt werden, ob die Toxizität bzw. die Fibrillogenese von Aß durch Zugabe von rekombinantem MIF verstärkt wird, oder ob die Inhibition des endogenen MIFs durch Zugabe von MIF-spezifischen Inhibitoren (ISO-1), die Toxizität bzw. die Fibrillogenese von Aß reduziert. In unserer kürzlich erschienenen Studie an Neuroblastomzellen konnten wir eine Hemmung der A?-Toxizität durch ISO-1 nachweisen. Dies soll auch an primären Hippokampuskulturen bestätigt werden. Die Aß-Fibrillogenese wird durch fluorometrische Messung bestimmt.

Es soll auch die Frage beantwortet werden, ob die eigenen und von anderen Gruppen erhobenen Befunde, einer MIF-abhängigen Expression klassisch pro-inflammatorischer Zytokine wie IL-6, IL-8, TNF-a und IFN-? auch in unserem Aß-Schädigungsmodell zutreffen. Zu diesem Zweck sollen die extrazellulären Zytokin-Spiegel von primären neuronalen, glialen und astrozytären Zellkulturen zu unterschiedlichen Zeitpunkten nach Aß alleine, bzw. nach Vorinkubation mit rekombinantem MIF, oder ISO-1 gemessen werden. Die Transkript-Spiegel der oben genannten Zytokine werden parallel durch PCR-Analyse erfasst. Darüber hinaus soll die durch MIF-induzierte Signaltransduktion untersucht werden. Mittels immunhistochemischen und proteinbiochemischen Untersuchungen sollen insbesondere die Wirkung auf den ERK-pathway, die MAP-Kinasen (p38) und den Transkriptionsfaktor NF-?B untersucht werden. Schließlich soll in organotypischen Kulturen (Hippocampus) die Wirkung von MIF-Inhibitoren nach Gabe von Aß untersucht werden. werden.



2) Untersuchung der Hirngängigkeit des MIF-Inhibitors ISO-1 ins Gehirn von wildtyp-Mäusen
Initial soll die Hirngängigkeit des MIF-Inhibitors (S,R)-3-(4-hydroxyphenyl)-4,5-dihydro-5-isoxazole acetic acid methyl ester (ISO-1) in Wildtyp-Mäusen überprüft werden. 125Jod- bzw 123Jod-markiertes ISO-1 werden peripher in die Schwanzvene oder in den 3. Ventrikel der Mäuse injiziert. Die Gewebs-Verteilung des radioaktiv-markierten Moleküls wird in vitro und in vivo nach 4h, 12h, 24h, 72h und 96h gemessen(Dodel et al. 2004). Die in vivo-Quantifizierung wird mit einer hochauflösenden SPET-Kamera (Auflösung ca. 1mm) durchgeführt. Die in vitro Analyse des markierten Inhibitors erfolgt durch Bestimmung der Radioaktivität in Leber, Herz, Lunge, Magen, Darm, Pankreas, Milz, Niere, Herz, Knochen, Muskel, Serum, Liquor und Gehirn (Cerebellum, Striatum, Hippocampus, frontaler und corticaler Cortex). Darüberhinaus werden die Gehirne mit autoradiographiert, um die Verteilung in den unterschiedlichen Gehirnarealen zu untersuchen.



3) Untersuchung des Effekts von ISO-1 auf die Plaque-Depostion und Plaque-Auflösung in transgenen APP- Mäusen.
Wie in verschiedenen Untersuchungen an transgenen Mäusen gezeigt werden konnte ist die Plaqueablagerung ein dynamischer Vorgang. In diesen Versuchen soll untersucht werden, ob die Hemmung von MIF durch den spezifischen MIF-Inhibitor ISO-1 einen Effekt auf die Plaquedeposition zeigt und eine Wirkung in Verhaltenstests nachgewiesen werden kann. Hierzu werden 8-10 Monate alte transgene APP-23 Mäuse 2 x wöchentlich über einen Zeitraum von 2 Monaten mit ISO-1 bzw. PBS (Kontrollgruppe) behandelt. Nach Abschluss der Behandlung werden die Gehirne der Tiere histopathologisch untersucht und die Plaquemenge, sowie der gehalt an löslichem Aß in den beiden Gruppen nach etablierten Methoden bestimmt werden.



4) Untersuchung kognitiver Leistungen in CNI-1493- behandelten transgenen APP-Mäusen
Im Zusammenhang mit der Ablagerung von Aß im Gehirn kommt es zu kognitiven Defiziten, die im Mausmodell durch den Einsatz von Verhaltenstests untersucht werden können. Im Rahmen dieser Studien sollen die kognitiven Leistungen durch zwei Testsysteme untersucht werden, die für das räumliche Gedächtnis beschrieben sind. Dies sind der Barnes-Maze-Test und der Y-Maze-Test. Während des Barnes-Maze-Tests wird das Versuchstier auf ein rundes Testfeld gesetzt. Am Rande des Kreises befinden sich runde Vertiefungen von denen eine Vertiefung zum Käfig führt, während alle anderen Vertiefungen blind enden. Gemsessen wird nach einer Trainingsphase, die Zeit, die die Maus benötigt um in die Vertiefung, die mit dem Käfig verbunden ist zu finden.

Dabei kann sich das Tier an bestimmten Objekten außerhalb des Testfelds orientieren. Der Y-Maze-Test ist ein drei-Arm-Labyrinth aus Plexiglas. Alle Arme stehen in gleichem Winkel voneinander ab. Die Maus wird auf einen Arm gesetzt und kann sich frei über alle drei Arme bewegen. Gemessen werden die Sequenz und Anzahl der Armeintritte jeder Maus in einem acht-Minuten-Intervall. Dieser Test erwies sich als besonders sensitiv, um Schädigungen des Hippocampus, genetische Manipulationen oder den Einfluss mnestischer Medikamente zu untersuchen.



MIF Publikationen seit 2009


  • Reimann J, Schnell S, Schwartz S, Kappes-Horn K, Dodel R, Bacher M. Macrophage Migration Inhibitory Factor in Normal Human Skeletal Muscle and InflammatoryMyopathies. J Neuropathol Exp Neurol. 2010 May 12. [Epub ahead of print] PubMed PMID: 20467327.
  • Bacher M, Deuster O, Aljabari B, Egensperger R, Neff F, Jessen F, Popp J,Noelker C, Reese JP, Al-Abed Y, Dodel R. The role of macrophage migration inhibitory factor in Alzheimer's disease. Mol Med. 2010 Mar;16(3-4):116-21. Epub 2010 Feb 28. PubMed PMID: 20200619; PubMed Central PMCID: PMC2829616.
  • Schrader J, Deuster O, Rinn B, Schulz M, Kautz A, Dodel R, Meyer B, Al-Abed Y, Balakrishnan K, Reese JP, Bacher M. Restoration of contact inhibition in human glioblastoma cell lines after MIF knockdown. BMC Cancer. 2009 Dec 28;9:464. PubMed PMID: 20038293; PubMed Central PMCID: PMC2810303.
  • Nonnenmacher C, Helms K, Bacher M, Nüsing RM, Susin C, Mutters R, Flores-de-Jacoby L, Mengel R. Effect of age on gingival crevicular fluid concentrations of MIF and PGE2. J Dent Res. 2009 Jul;88(7):639-43. PubMed PMID: 19641151.
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  • Popp J, Bacher M, Kölsch H, Noelker C, Deuster O, Dodel R, Jessen F. Macrophage migration inhibitory factor in mild cognitive impairment and Alzheimer's disease. J Psychiatr Res. 2009 May;43(8):749-53. Epub 2008 Nov 26. PubMed PMID: 19038405.
  • Frascaroli G, Varani S, Blankenhorn N, Pretsch R, Bacher M, Leng L, Bucala R, Landini MP, Mertens T. Human cytomegalovirus paralyzes macrophage motility through down-regulation of chemokine receptors, reorganization of the cytoskeleton, and release of macrophage migration inhibitory factor. J Immunol. 2009 Jan 1;182(1):477-88. PubMed PMID: 19109179.