SUMMARY

Nederlandse samenvatting

Nederland vergrijst. In 2011 telden we ruim 2,6 miljoen mensen boven de leeftijd van 65 jaar, waarvan zelfs bijna 650.000 boven de leeftijd van 85 jaar. Dit aantal zal naar verwachting de komende jaren alleen maar blijven stijgen. Deze vergrijzing van onze maatschappij zorgt ervoor dat we steeds meer te maken krijgen met de ongemakken van veroudering. Behalve de lichamelijke beperkingen die veroudering met zich meebrengt is er vooral ook de mentale achteruitgang die steeds belangrijker wordt. Naarmate we ouder worden zijn er vaak kleine dingen die we vergeten, zoals bijvoorbeeld waar we de autosleutels ook al weer hadden neergelegd. Bij veel oudere mensen blijft het gelukkig bij deze kleine ongemakken, maar bij sommigen kan het vergeten ernstige vormen aannemen. Deze ernstige geheugenstoornissen noemen we dementie en dit wordt veroorzaakt door een verstoring van de informatieverwerking in de hersenen. De bekendste vorm van dementie is de ziekte van Alzheimer. Ongeveer 1 op de 100 mensen boven de leeftijd van 70 jaar lijdt aan de ziekte van Alzheimer, en dit is zelfs 1 op 3 mensen boven de leeftijd van 85 jaar. Op dit moment bestaan er nog geen effectieve behandelmethoden en daarom is onderzoek naar de veranderingen in de hersenen die ten grondslag liggen aan veroudering en de verouderingsgerelateerde ziekten, zoals de ziekte van Alzheimer, van essentieel belang.

De hersenen van de mens bestaan uit miljarden zenuwcellen, neuronen genoemd. Deze zenuwcellen bestaan uit een cellichaam met daaraan verschillende uitlopers die we dendrieten en axonen noemen. Een zenuwcel ontvangt informatie van andere zenuwcellen via de dendrieten, en geeft dit signaal door via het axon. De contactpunten tussen axonen en dendrieten noemen we synapsen. Deze bestaan uit een presynaptich (axonaal) en een postsynaptisch (dendritisch) gedeelte met daartussen een ruimte (synaptische spleet) waar door middel van signaalstoffen (neurotransmitters) signalen worden doorgegeven. De sterkte van de signaaldoorgifte (de hoeveelheid neurotransmitter die wordt afgegeven of de gevoeligheid waarmee de neurotransmitter wordt waargenomen) kan veranderd worden wanneer er veranderingen in de omgeving optreden. Dit proces noemen we synaptische plasticiteit, en is erg belangrijk voor bijvoorbeeld leren en geheugen. Een belangrijk hersengebied waar synaptische plasticiteit optreed in relatie tot leren en geheugen is de hippocampus. Veel verschillende eiwitten in hippocampale synapsen zijn betrokken bij signaaldoorgifte en synaptische plasticiteit, en wanneer de compositie van deze eiwitten verstoord raakt kan dit leiden tot het minder goed doorgeven van signalen en uiteindelijk tot verminderde plasticiteit, leerproblemen en geheugenstoornissen.

Om meer inzicht te krijgen in de processen die ten grondslag liggen aan de veroudering van de hersenen en de daaraan gerelateerde cognitieve achteruitgang heb ik in mijn proefschrift de moleculaire veranderingen bestudeerd in hippocampale synapsen in verschillende diermodellen voor normale veroudering en voor verschillende verouderingsziektes.

RESULTATEN
In hoofdstuk 2 beschrijf ik veranderingen in synapsen zoals ik die heb gevonden tijdens normale veroudering. Door middel van het bestuderen van processen die optreden tijdens veroudering kunnen eiwitten worden geïdentificeerd die een rol spelen bij normale leeftijdsafhankelijke cognitieve achteruitgang, en kan bovendien een goede achtergrond worden gedefiniëerd waartegen andere verouderingsmodellen kunnen worden afgezet. Op deze manier kan bekeken worden welke veranderingen altijd optreden en welke er alleen verstoord zijn tijdens een ziekteproces. De meest opvallende en significante observatie was een sterke leeftijdsafhankelijke toename in groepen van eiwitten die een regulerende rol spelen bij synaptische plasticiteit. Daarnaast was er een toename in mitochondriale eiwitten, wat kan duiden op veranderingen in de synaptische energievoorzieningsprocessen. Tenslotte was er een significante toename in de variantie in synaptische eiwitexpressie in oudere dieren. Al deze veranderingen kunnen een onderliggende reden zijn van de verminderde synaptische plasticiteit en verslechterd cognitieve functioneren op hogere leeftijd.

In hoofdstuk 3 en 4 heb ik gekeken naar veranderingen in hippocampale synapsen in twee verschillende Alzheimer muismodellen. Sinds de ontdekking van een aantal verschillende genmutaties die leiden tot zeldzame, erfelijke vormen van de ziekte van Alzheimer is er veel vooruitgang geboekt in het onderzoek naar het ontstaan van deze ziekte. Ik heb gebruik gemaakt van twee verschillende modellen die een combinatie van twee of drie van deze mutaties in zich hebben.

In hoofdstuk 3 heb ik gebruik gemaakt van een APPswe,PS1dE9 (APP-PS1) transgeen muismodel voor de ziekte van Alzheimer, welke verhoogde niveaus van Aβ productie laat zien door de introductie van humane ziekte-gerelateerde mutaties in zowel APP als PS1. Hierdoor heb ik ontdekt dat dezelfde plasticiteitseiwitten die een sterke leeftijdsafhankelijke toename vertoonden tijdens normale veroudering, versneld toenemen in APP-PS1 muizen, en dat dit gebeurd voordat deze muizen de specifieke Alzheimer geassocieerde pathologische veranderingen vertonen. Verder laat ik zien dat APP-PS1 muizen op het moment dat deze eiwitten voor het eerst toenemen tevens een verslechterd geheugen vertonen in een hippocampus-specifieke leertaak. Het is dus goed mogelijk dat een toename van deze eiwitten in hippocampale synapsen deels verantwoordelijk is voor de vroege cognitieve achteruitgang die gezien wordt tijdens de ziekte van Alzheimer. Daarnaast was er net als bij normale veroudering ook een duidelijke toename te zien in mitochondriale eiwitten.

In hoofdstuk 4 heb ik gebruik gemaakt van een triple-transgeen (3xTg-AD; APPswe,PS1M146V,tauP301L) muismodel voor de ziekte van Alzheimer. Dit model ontwikkeld net als het APP-PS1 muismodel Aβ plaques, maar pas op latere leeftijd. Daarnaast zijn er als gevolg van de tau mutatie tangles te zien die weliswaar typerend zijn voor de ziekte van Alzheimer, maar die in Alzheimer patiënten nooit door mutaties in tau worden veroorzaakt. In 3xTG-AD muizen heb ik net als in APP-PS1 dieren een toename van plasticiteitseiwitten en mitochondriale eiwitten aangetroffen. Deze toename was echter minder groot dan in APP-PS1 muizen, wat waarschijnlijk te maken heeft met de late Aβ pathologie in dit diermodel. Verder waren er unieke veranderingen in dit model die mogelijk toe te schrijven zijn aan de opstapeling van tau in de dendritische spines.

Ten slotte heb ik in hoofdstuk 5 gebruik gemaakt van een snel verouderend muismodel. Tijdens ons hele leven staan we bloot aan schadelijke effecten van onze omgeving en producten in ons lichaam die ons DNA beschadigen. Deze beschadigingen in ons DNA worden normaal gesproken hersteld door DNA herstelmechanismes. Wanneer deze herstelmechanismes niet goed werken is er een opstapeling van DNA schade die leidt tot versnelde veroudering, zoals dit bijvoorbeeld te zien is in progeria patiënten. In dit hoofdstuk heb ik hippocampale synapsen onderzocht in een muismodel waarin een mutatie is aangebracht in één van de DNA herstelmechanismes. Deze zogenaamde Ercc1 muizen leven maximaal vier maanden, en dit gaf me de mogelijkheid om te kijken of versnelde veroudering van de hersenen als gevolg van DNA schade vergelijkbaar is met de verouderingsprocessen zoals die zich afspelen tijdens normale veroudering. Hoewel sommige synaptiche eiwitveranderingen in Ercc1 muizen overeen lijken te komen met die in de overige muismodellen, bijvoorbeeld eiwitten die betrokken zijn bij G eiwit-gemedieerde signaaltransductie en endocytose, zijn er ook veel groepen van eiwitten die geen of juist een tegengesteld regulatiepatroon vertonen. Mitochondriale eiwitniveaus bijvoorbeeld zijn in 16 weken oude Ercc1 muizen sterk afgenomen in hoeveelheid, terwijl ze in de andere muismodellen juist zijn toegenomen. Mogelijk komt versnelde veroudering als gevolg van DNA schade, en de daaraan gekoppelde cognitieve achteruitgang, deels overeen met normale verouderingsprocessen in het brein, maar kent het ook unieke onderliggende moleculair synaptische veranderingen..

CONCLUSIES
Belangrijke moleculaire veranderingen die ik heb gevonden in de synaps tijdens veroudering zijn onder anderen veranderingen in de niveaus van mitochondriale eiwitten die betrokken zijn bij het handhaven van de energiehuishouding van zenuwcellen. Wanneer energiehuishouding vestoord is kan dit leiden tot de productie van schadelijke zuurstofradicalen, wat leidt tot oxidatieve stress. De bekende antioxidante werking van rode wijn, groene thee, groente en fruit gaat deze schadelijke stoffen tegen en worden daarom vaak aangedragen als beschermers tegen de ziekte van Alzheimer. Daarnaast hebben we veel veranderingen gevonden in eiwitten die betrokken zijn bij het doorgeven van signalen van de ene zenuwcel naar de andere en in plasticiteitseiwitten. Veranderingen in deze groepen eiwitten leiden tot minder goede communicatie tussen de zenuwcellen en tot verminderde synaptische plasticiteit, en kunnen daardoor processen zoals leren en geheugen aandoen tijdens veroudering, en mogelijk verergeren bij dementie.