Immunoekspresja białka LAMP2 w ośrodkowym układzie nerwowym u osób chorych na sporadyczną postać choroby Creutzfeldta-Jakoba (sCJD)

• Authors: Piotr Gębski , Beata Sikorska

Title variants

EN

The immunoexpression of LAMP2 protein in central nervous system in sporadic Creutzfeldt-Jakob disease (sCJD)

• Languages of publication: EN PL

Abstracts

EN

Introduction: Sporadic Creutzfeldt-Jakob disease (sCJD) is a fatal neurodegenerative disease. Based on the status of the codon 129 of the PRNP gene as well as the type of PrPSc protein, sporadic CJD is divided into 6 subtypes. Each subtype possess both different histochemical phenotype and clinical manifestation. LAMP2 is a membrane protein limiting late endosomes and lysosomes, which acts as a key element in endosomal-lysosomal system (ELS). ELS plays an important role in all major protein degradation systems in eukaryotic cells. It has been recently suggested that disruptions in the function of protein degradation pathways are likely to be main events in almost all neurodegenerative diseases. The main aim for current work was to demonstrate immunoexpression of LAMP2 protein in subtypes of sCJD. Material and methods: The material for current study was 26 brain tissue samples collected from patients with sCJD. The immunoexpression of LAMP2 and PrPSc proteins was studied by immunohistochemistry and confocal laser scanning microscopy (Olympus FluoView 1000). The studied group was subdivided into subgroups based on the subtype of sCJD. Semiquantitative results of the level of LAMP2 and PrPSc immunoexpression were analysed using statistical methods. Correlation ratios between levels of immunoexpression of aforementioned proteins were assessed using the Pearson’s correlation test. Group differences in sCJD subtypes and age groups were assessed using ANOVA. Results: The studied group consisted of 7 cases of subtype 1, 9 cases of subtype 2, 2 cases of subtype 3 and 1 case of subtype 5 of sporadic CJD. Pearson’s correlation test showed statistically significant relationship between immunoexpression of LAMP2 and PrPSc proteins. ANOVA showed significant differences between sCJD subtypes regarding immunoexpression of LAMP2 protein. No significant differences regarding immunoexpression of studied proteins were observed between age groups. Conclusions: 1) A strong positive correlation between levels of immunoexpressions of PrPSc and LAMP2 may represent up-regulation of the protein processing by endosomal-lysosomal system. 2) Significant differences of immunoexpression of LAMP2 protein were observed between subtypes of sporadic CJD. 3) Confocal laser scanning microscopy results confirmed significant positive relationships between immunoexpression of PrPSc and LAMP2 proteins.

PL

Wstęp: Sporadyczna postać choroby Creutzfeldta-Jakoba (sCJD) to śmiertelna choroba neurologiczna z grupy pasażowalnych encefalopatii gąbczastych (TSE). Ze względu na obecność polimorfizmu w kodonie 129. genu PRNP oraz typ patologicznego białka PrPSc sCJD podzielono na 6 podtypów, różniących się obrazem histopatologicznym oraz spektrum objawów klinicznych. LAMP2 to białko błonowe będące składnikiem późnych endosomów i lizosomów, stanowiące ważny element systemu endosomalno-lizosomalnego odgrywającego kluczową rolę w procesach wewnątrzkomórkowej degradacji białek. Udowodniono, iż zaburzenia w systemach wewnątrzkomórkowej degradacji białek odgrywają istotną rolę w patogenezie chorób neurodegeneracyjnych. Celem pracy było określenie immunoekspresji białka LAMP2 w materiale pochodzącym od osób chorych na podtypy choroby sCJD. Materiał i metody: Materiałem do badań było 26 archiwalnych wycinków mózgów chorych na sCJD. Przy wykorzystaniu metod immunohistochemicznych oraz przy użyciu laserowego mikroskopu konfokalnego (Olympus FluoView 1000) oceniono immunoekspresję białek LAMP2 i PrPSc w zgromadzonym materiale. Grupę badaną podzielono na podgrupy ze względu na podtyp choroby sCJD. Wyniki półilościowej oceny siły reakcji immunohistochemicznych dla badanych białek poddano analizie statystycznej. Dokonano analizy korelacji pomiędzy średnimi wartościami siły reakcji immunohistochemicznych. Przy wykorzystaniu metody analizy wariancji oceniono różnice pomiędzy typami sCJD oraz pomiędzy grupami wiekowymi. Wyniki: W grupie badanej 7 przypadków stanowiły osoby z podtypem 1., 9 przypadków – osoby z podtypem 2., 2 przypadki – osoby z podtypem 3. i 1 przypadek – pacjent z podtypem 5. choroby sCJD. Wykazano istotne statystycznie korelacje pomiędzy siłą reakcji immunohistochemicznej dla białek LAMP2 i PrPSc. Znaleziono istotne statystycznie różnice pomiędzy podtypami sCJD ze względu na obecność białka LAMP2. Nie wykazano istotnych statystycznie różnic pomiędzy przedziałami wiekowymi ze względu na obecność badanych białek. Wnioski: W ramach przeprowadzonych badań: 1) wykazano obecność silnej dodatniej korelacji pomiędzy nasileniem reakcji immunohistochemicznej z przeciwciałami przeciw LAMP2 i PrPSc, co może być interpretowane jako pobudzenie aktywności układu endosomalno-lizosomalnego w neuronach kory czołowej; 2) stwierdzono obecność istotnych statystycznie różnic pomiędzy podtypami sCJD w zależności od nasilenia reakcji immunohistochemicznej z przeciwciałami przeciw LAMP2; 3) w badaniach z użyciem mikroskopu konfokalnego potwierdzono wykazane statystycznie wzajemne relacje badanych białek.

Keywords

EN

LAMP2; PrP; immunoekspresja; immunoexpression; prion; sCJD

Discipline

• MEDICINE: MEDICINE

• Publisher: Medical Communications
• Journal: Aktualności Neurologiczne
• Year: 2010
• Volume: 10
• Issue: 3
• Pages: 152-166

Contributors

author

Piotr Gębski

• Zakład Patologii Molekularnej i Neuropatologii Uniwersytetu Medycznego w Łodzi, ul. Czechosłowacka 8/10, 92-216 Łódź, tel.: [phone]

author

Beata Sikorska

• Zakład Patologii Molekularnej i Neuropatologii Uniwersytetu Medycznego w Łodzi, ul. Czechosłowacka 8/10, 92-216 Łódź, tel.: [phone]

References

• 1. Kovacs G.G., Budka H.: Molecular pathology of human prion diseases. Int. J. Mol. Sci. 2009; 10: 976-999.
• 2. Prusiner S.B.: Prions. Proc. Natl Acad. Sci. USA 1998; 95: 13363-13383.
• 3. Legname G., Baskakov I.V, Nguyen H.O. i wsp.: Synthetic mammalian prions. Science 2004; 305: 673-676.
• 4. Caughey B., Raymond G.J.: The scrapie-associated form of PrP is made from a cell surface precursor that is both protease- and phospholipase-sensitive. J. Biol. Chem. 1991: 266: 18217-18223.
• 5. Caughey B., Raymond G.J., Ernst D., Race R.E.: N-terminal truncation of the scrapie-associated form of PrP by lysosomal protease(s): implications regarding the site of conversion of PrP to the protease-resistant state. J. Virol. 1991; 65: 6597-6603.
• 6. Borchelt D.R., Taraboulos A., Prusiner S.B.: Evidence for synthesis of scrapie prion proteins in the endocytic pathway. J. Biol. Chem. 1992; 267: 16188-16199.
• 7. Borchelt D.R., Scott M., Taraboulos A. i wsp.: Scrapie and cellular prion proteins differ in their kinetics of synthesis and topology in cultured cells. J. Cell Biol. 1990; 110: 743-752.
• 8. Caughey B., Baron G.S.: Prions and their partners in crime. Nature 2006; 443: 803-810.
• 9. Goldfarb L.G., Brown P., McCombie WR. i wsp.: Transmissible familial Creutzfeldt-Jakob disease associated with five, seven, and eight extra octapeptide coding repeats in the PRNP gene. Proc. Natl Acad. Sci. USA 1991; 88: 10926-10930.
• 10. Prusiner S.B.: The prion diseases. Brain Pathol. 1998; 8: 499-513.
• 11. Pocchiari M., Puopolo M., Croes E.A. i wsp.: Predictors of survival in sporadic Creutzfeldt-Jakob disease and other human transmissible spongiform encephalopathies. Brain 2004; 127: 2348-2359.
• 12. Windl O., Giese A., Schulz-Schaeffer W i wsp.: Molecular genetics of human prion diseases in Germany. Hum. Genet. 1999; 105: 244-252.
• 13. Alperovitch A., Zerr I., Pocchiari M. i wsp.: Codon 129 prion protein genotype and sporadic Creutzfeldt-Jakob disease. Lancet 1999; 353: 1673-1674.
• 14. Will R.G., Alperovitch A., Poser S. i wsp.: Descriptive epidemiology of Creutzfeldt-Jakob disease in six European countries, 1993-1995. EU Collaborative Study Group for CJD. Ann. Neurol. 1998; 43: 763-767.
• 15. Windl O., Dempster M., Estibeiro J.P. i wsp.: Genetic basis of Creutzfeldt-Jakob disease in the United Kingdom: a systematic analysis of predisposing mutations and allelic variation in the PRNP gene. Hum. Genet. 1996; 98: 259-264.
• 16. Gambetti P., Parchi P., Petersen R.B. i wsp.: Fatal familial insomnia and familial Creutzfeldt-Jakob disease: clinical, pathological and molecular features. Brain Pathol. 1995; 5: 43-51.
• 17. Kovács G.G., Head M.W, Hegyi I. i wsp.: Immunohistochemistry for the prion protein: comparison of different monoclonal antibodies in human prion disease subtypes. Brain Pathol. 2002; 12: 1-11.
• 18. Peden A.H., Ritchie D.L., Head M.W, Ironside J.W: Detection and localization of PrPSc in the skeletal muscle of patients with variant, iatrogenic, and sporadic forms of Creutzfeldt-Jakob disease. Am. J. Pathol. 2006; 168: 927-935.
• 19. Peden A.H., Ritchie D.L., Uddin H.P. i wsp.: Abnormal prion protein in the pituitary in sporadic and variant Creutzfeldt-Jakob disease. J. Gen. Virol. 2007; 88: 1068-1072.
• 20. Glatzel M., Abela E., Maissen M., Aguzzi A.: Extraneural pathologic prion protein in sporadic Creutzfeldt-Jakob disease. N. Engl. J. Med. 2003; 349: 1812-1820.
• 21. Hainfellner J.A., Budka H.: Disease associated prion protein may deposit in the peripheral nervous system in human transmissible spongiform encephalopathies. Acta Neuropathol. 1999; 98: 458-460.
• 22. Peden A.H., Ironside J.W: Review: pathology of variant Creutzfeldt-Jakob disease. Folia Neuropathol. 2004; 42 supl. A: 85-91.
• 23. Budka H.: Histopathology and immunohistochemistry of human transmissible spongiform encephalopathies (TSEs). Arch. Virol. Suppl. 2000; (16): 135-142.
• 24. Ironside J.W, McCardle L., Horsburgh A. i wsp.: Pathological diagnosis of variant Creutzfeldt-Jakob disease. APMIS 2002; 110: 79-87.
• 25. Gambetti P., Kong Q., Zou W i wsp.: Sporadic and familial CJD: classification and characterisation. Br. Med. Bull. 2003: 66: 213-239.
• 26. Parchi P., Zou W, Wang W i wsp.: Genetic influence on the structural variations of the abnormal prion protein. Proc. Natl Acad. Sci. USA 2000; 97: 10168-10172.
• 27. Taylor J.P., Hardy J., Fischbeck K.H.: Toxic proteins in neurodegenerative disease. Science 2002; 296: 1991-1995.
• 28. Ciechanover A., Orian A., Schwartz A.L.: Ubiquitin-mediated proteolysis: biological regulation via destruction. Bioessays 2000; 22: 442-451.
• 29. Ciechanover A., Brundin P.: The ubiquitin proteasome system in neurodegenerative diseases: sometimes the chicken, sometimes the egg. Neuron 2003; 40: 427-446.
• 30. Vabulas R.M., Hartl F.U.: Protein synthesis upon acute nutrient restriction relies on proteasome function. Science 2005; 310: 1960-1963.
• 31. Wheatley D.N., Inglis M.S.: An intracellular perfusion system linking pools and protein synthesis. J. Theor. Biol. 1980; 83: 437-445.
• 32. Nedelsky N.B., Todd P.K., Taylor J.P.: Autophagy and the ubiquitin-proteasome system: collaborators in neuroprotection. Biochim. Biophys. Acta 2008; 1782: 691-699.
• 33. Dice J.F.: Chaperone-mediated autophagy. Autophagy 2007; 3: 295-299.
• 34. Cuervo A.M., Dice J.F.: A receptor for the selective uptake and degradation of proteins by lysosomes. Science 1996; 273: 501-503.
• 35. Dice J.F.: Peptide sequences that target cytosolic proteins for lysosomal proteolysis. Trends Biochem. Sci. 1990; 15: 305-309.
• 36. Vellodi A.: Lysosomal storage disorders. Br. J. Haematol. 2005; 128: 413-431.
• 37. Nixon R.A., Cataldo A.M.: The endosomal-lysosomal system of neurons: new roles. Trends Neurosci. 1995; 18: 489-496.
• 38. Harris D.A.: Cellular biology of prion diseases. Clin. Microbiol. Rev. 1999; 12: 429-444.
• 39. Harris D.A.: Trafficking, turnover and membrane topology of PrP. Br. Med. Bull. 2003; 66: 71-85.
• 40. Laszlo L., Lowe J., Self T. i wsp.: Lysosomes as key organelles in the pathogenesis of prion encephalopathies. J. Pathol. 1992; 166: 333-341.
• 41. Arnold J.E., Tipler C., Laszlo L. i wsp.: The abnormal isoform of the prion protein accumulates in late-endosome-like organelles in scrapie-infected mouse brain. J. Pathol. 1995; 176: 403-411.
• 42. Schätzll H.M., Laszlo L., Holtzman D.M. i wsp.: A hypothalamic neuronal cell line persistently infected with scrapie prions exhibits apoptosis. J. Virol. 1997; 71: 8821-8831.
• 43. Fournier J.G., Grigoriev B.: Prion diseases: contribution of high-resolution immunomorphology. J. Cell. Mol. Med. 2001; 5: 367-377.
• 44. Porto-Carreiro I., Février B., Paquet S. i wsp.: Prions and exosomes: from PrP trafficking to PrPsc propagation. Blood Cells Mol. Dis. 2005; 35: 143-148.
• 45. Doh-Ura K., Iwaki T., Caughey B.: Lysosomotropic agents and cysteine protease inhibitors inhibit scrapie-associated prion protein accumulation. J. Virol. 2000; 74: 4894-4897.
• 46. Kovács G.G., Gelpi E., Ströbel T. i wsp.: Involvement of the endosomal-lysosomal system correlates with regional pathology in Creutzfeldt-Jakob disease. J. Neuropathol. Exp. Neurol. 2007; 66: 628-636.
• 47. Timperley WR., Mann D.M., Neary D., Davies S.: Creutzfeldt-Jakob disease: a histochemical study with microdensitometric assay of some enzymes. Acta Neuropathol. 1973; 26: 207-215.
• 48. Manuelidis E.E., Gorgacz E.J., Manuelidis L.: Transmission of Creutzfeldt-Jakob disease with scrapie-like syndromes to mice. Nature 1978; 271: 778-779.
• 49. Boellaard J.W., Schlote W, Tateishi J.: Neuronal autophagy in experimental Creutzfeldt-Jakob’s disease. Acta Neuro-pathol. 1989; 78: 410-418.
• 50. Blanz J., Walkley S.U., Saftig P.: Role of LAMP2 in neuronal autophagy. Abstracts/Molecular Genetics and Metabolism 2009; 96: 12-47.
• 51. EUROCJD. The European and Allied Countries Collaborative Study Group of CJD (http://www.eurocjd.ed.ac.uk/). 2010.
• 52. Anglade P., Vyas S., Javoy-Agid F. i wsp.: Apoptosis and autophagy in nigral neurons of patients with Parkinson’s disease. Histol. Histopathol. 1997; 12: 25-31.
• 53. Nixon R.A., Wegiel J., Kumar A. i wsp.: Extensive involvement of autophagy in Alzheimer disease: an immuno-electron microscopy study. J. Neuropathol. Exp. Neurol. 2005; 64: 113-122.
• 54. Sikorska B., Liberski P.P., Giraud P. i wsp.: Autophagy is a part of ultrastructural synaptic pathology in Creutzfeldt-Jakob disease: a brain biopsy study. Int. J. Biochem. Cell Biol. 2004; 36: 2563-2573.
• 55. Cuervo A.M., Stefanis L., Fredenburg R. i wsp.: Impaired degradation of mutant a-synuclein by chaperone-mediated autophagy. Science 2004; 305: 1292-1295.
• 56. Massey A.C., Kaushik S., Sovak G. i wsp.: Consequences of the selective blockage of chaperone-mediated autophagy. Proc. Natl Acad. Sci. USA 2006; 103: 5805-5810.
• 57. Pandey U.B., Nie Z., Batlevi Y. i wsp.: HDAC6 rescues neurodegeneration and provides an essential link between autophagy and the UPS. Nature 2007; 447: 859-863.
• 58. Pickford F., Masliah E., Britschgi M. i wsp.: The autophagy-related protein beclin 1 shows reduced expression in early Alzheimer disease and regulates amyloid β accumulation in mice. J. Clin. Invest. 2008; 118: 2190-2199.
• 59. Nixon R.A., Yang D.S., Lee J.H.: Neurodegenerative lysosomal disorders: a continuum from development to late age. Autophagy 2008; 4: 590-599.
• 60. Koike M., Nakanishi H., Saftig P. i wsp.: Cathepsin D deficiency induces lysosomal storage with ceroid lipofuscin in mouse CNS neurons. J. Neurosci. 2000; 20: 6898-6906.
• 61. Myllykangas L., Tyynela J., Page-McCaw A. i wsp.: Cathepsin D-deficient Drosophila recapitulate the key features of neuronal ceroid lipofuscinoses. Neurobiol. Dis. 2005; 19: 194-199.
• 62. Shacka J.J., Klocke B.J., Young C. i wsp.: Cathepsin D deficiency induces persistent neurodegeneration in the absence of Bax-dependent apoptosis. J. Neurosci. 2007; 27: 2081-2090.

• Document Type: article