Effekte des Kallikrein 8 Knockdown auf die hippocampale Dendritenkomplexität und den neuronalen Tau Metabolismus in einem transgenen CRND8-Mausmodell der Alzheimer-Krankheit
Kallikrein 8 (KLK8) ist eine plastizitätsmodulierende Protease, welche verschiedenste, in der Alzheimer Krankheit (AD) eingeschränkte kortikale Prozesse, wie reduzierte strukturelle Neuroplastizität und den Tau Metabolismus, beeinflusst. Bereits früh im Krankheitsverlauf zeigt sich sowohl human als auch murin ein Klk8-Exzess. Eine 4‑wöchige Inhibition mittels Antikörper konnte multiple positive Effekte auf Pathologien der AD im Mausmodell zeigen. Frauen sind häufiger und schwerer von der AD betroffen und weisen per se höhere kortikale Klk8-Level auf.
In diesem Projekt wurden Auswirkungen eines permanenten genetisch-vermittelten Knockdown (KD) von Klk8 (-50%) auf die hippocampale strukturelle Plastizität weiblicher Tiere sowie den neuronalen Tau Metabolismus primärer Neurone in einem Mausmodell mit Alzheimer-ähnlich erkrankten transgenen Mäusen des Center of Research for neurodegenerative diseases (CRND8) untersucht. Dabei wurden an vier experimentellen Gruppen jeweils mit- und ohne AD und mit- und ohne Klk8-KD Untersuchungen zur Spine Dichte, der dendritischen Länge, Verzweigungsrate und Komplexität mittels stereologischer Quantifizierung Golgi-Cox imprägnierter pyramidaler Neurone sowie dreidimensionaler Neuronenrekonstruktion mittels Neurolucida Software durchgeführt. Zudem wurden in vitro Analysen zur Evaluation des Tau Metabolismus in primären Neuronen bestehend aus der Quantifizierung von total‑Tau (Tau-5), phospho Tau (pSer396) und der total‑/phospho Tau Ratio via Westernblot durchgeführt.
Ein Klk8-KD erhöht in weiblichen Tieren die Spine Dichte und dendritische Komplexität pyramidaler Neurone und zeigt die Tendenz, die dendritische Länge und dendritische Verzweigungsrate apikal zu erhöhen ohne Wildtyp-Tiere zu beeinflussen. In primären Neuronen transgener Tiere zeigte ein Klk8-KD keine Auswirkungen auf den Tau Metabolismus. Zusammenfassend zeigte sich durch einen Klk8-KD in vivo eine Verbesserung der strukturellen Neuroplastizität, während sich in vitro keine Veränderungen des Tau Metabolismus zeigten. Dies unterstreicht das therapeutische Potenzial von Klk8 als Schlüsselmolekül in der AD. Zukünftige Untersuchungen sollten sich auf weitere Effekte von Klk8 sowie Regulatoren der Enzymaktivität im Kontext der AD fokussierenKallikrein 8 (KLK8) is a plasticity modulating protease that affects several processes in the brain, such as neuroplasticity and tau metabolism which are impaired in Alzheimer’s disease (AD). Cerebral KLK8 levels are elevated in human and mice at incipient stages of AD and short-term anti-body-mediated KLK8 inhibition mitigates several aspects of AD-pathology. Furthermore, females display higher cerebral KLK8 levels than males independent of AD. Recent results underline the clinical relevance of KLK8, demonstrating blood and CSF KLK8 as a potential new biomarker for early stages of AD. Accordingly, KLK8 appears to be a promising new diagnostic and therapeutic target in AD.
In the present study we permanently suppressed KLK8 in an Alzheimer’s mouse model with pathologically increased cerebral KLK8 levels. Therefore, transgenic mice of the Center of Research for neurodegenerative diseases (CRND8) were crossed with KLK8 knockdown mice, resulting in AD mice with or without reduced KLK8 levels. In my doctoral thesis I aimed to identify the long-term effects of KLK8 knockdown (KLK8-KD) on structural neuroplasticity in female transgenic and non‑transgenic mice by quantification of spine density, dendritic arborization, dendritic outgrowth and thus dendritic complexity, following 3D-reconstruction of pyramidal neurons from Golgi-Cox impregnated hippocampus utilizing Neurolucida software. Moreover, the in vitro effect of KLK8-KD on tau metabolism in primary neurons was assessed by quantifying total tau and phospho-tau (pSer396-tau) levels via Western Blot. KLK8-KD increased spine density and complexity. Additionally, KLK8-KD tended to increase dendritic arborization and dendritic outgrowth in diseased females without affecting neuroplasticity in non-diseased mice. In primary neurons, KLK8-KD did not alter tau and phospho-tau levels and thus did not interfere with tau metabolism.
In summary, KLK8-KD improves neuroplasticity in female AD mice but does not affect tau metabolism in primary neurons, underlining the potential of KLK8 as a therapeutic target in AD. Ongoing studies should evaluate additional in vivo and in vitro effects of KLK8-KD on AD-related disturbances.