Bedeutung des Proteasoms bei der Pathogenese neuroimmunologischer und neurodegenerativer Erkrankungen

Abstract

Das Proteasom präsentiert als multikatalytische Einheit im Zusammenhang mit der Ubiquitinkaskade ein physiologisch katabolisches System für den Abbau abnorm gefalteter, altersschwacher sowie auch kurz- und langlebiger Proteine. Es existiert in allen Zellen des Organismus und nimmt auch auf die Apoptose einen regulativen Einfluß. Durch die Beteiligung an der Antigen-Prozessierung kommt dem Proteasom auch eine wichtige Bedeutung in der Immunantwort zu. In dieser Arbeit wurde untersucht, ob das Proteasom sowohl im Serum als auch im Liquor von Patienten mit neurodegenerativen und -immunologischen Prozessen wie der Multiplen Sklerose, dem Guillain-Barré-Syndrom, der Amyotrophen Laterasklerose und der Alzheimerschen Demenz nachweisbar ist, ob im Vergleich zu einer gesunden Kontrollgruppe statistisch relevante Unterschiede detektierbar sind, und welche Bedeutung die gewonnenen Ergebnisse in der Pathogenese dieser Erkrankungen einnehmen können. Dazu untersuchten wir eine Gruppe von 139 Patienten mit neurodegenerativen Erkrankungen: 32 Patienten mit Amyotropher Lateralsklerose, 25 mit Guillain-Barré-Syndrom, 30 mit Multipler Sklerose und 52 mit klinisch diagnostizierter Alzheimer Demenz sowie eine Kontrollgruppe von 33 gesunden Probanden. Von diesen Patienten wurden jeweils 150 μg Patientenserum und -liquor für die Analyse aus Rückstellproben des Liquorlabors der Klinik für Neurologie der Charité Berlin verwendet, um daraus die Konzentrationen des zirkulierenden Proteasoms (cProteasoms) sowie die Proteasomen-Antikörper zu bestimmen. Die Analyse der gesunden Kontrollgruppe erbrachte im Serum Konzentrationen an cProteasom von 571,01 ng/ml im Mittel (SD 421,27 ng/ml), für die Gruppe der MS-Patienten 513,29 ng/m (SD 278,87 ng/ml). Patienten mit ALS zeigten Werte von 466,02 ng/ml (SD 213,9 ng/ml), die Gruppe der GBS-Fälle 654,23 ng/ml (SD 350,02 ng/ml), und bei den Patienten mit Alzheimerscher Demenz rangierten die Levels an cProteasom im Serum im Mittel bei 815,07 ng/ml (SD 287,87 ng/ml). Eine Signifikanz zur Kontrolle bestand bei keiner der Gruppen. Im Liquor hingegen fand sich eine signifikante Minderung bei den MS-Patienten auf 6,49 ng/ml (SD 5,78) gegenüber 14,87 ng/ml (SD 4,35) der Kontrollgruppe (p-Wert < 0,001). Auch im Liquor der Patienten mit GBS konnte ebenfalls ein statistisch signifikanter Zusammenhang in der Serumkonzentration gesehen werden (Signifikanzniveau von 0,001). Aufgrund dieser relevanten Ergebnisse bei der Multiplen Sklerose vertieften wir in einer weiteren Analyse der Serum-Liquor-Paare unsere Betrachtungen auf die Ausprägung von Antiproteasom-Antikörpern. Die erste Beschreibung einer humoralen Antiproteasom-Antwort erfolgte durch Arribas et al. 1991 bei Patienten mit Systemischem Lupus Erythematodes, dem Prototyp der systemischen Autoimmunerkrankung, wobei in 35% der Fälle eine Seropositivität detektiert werden konnte (106). Durch Mayo et al. 2002 (2) wurde die Untersuchung hinsichtlich antiproteasomaler Autoantikörper auf andere Autoimmunerkrankungen wie die Multiple Sklerose ausgedehnt. Bei 110 untersuchten MS-Patienten konnte hier eine Seropositivität von 66% beobachtet werden, im Liquor wurden 80% positiv auf Antiproteasom-Antikörper gestestet (2). In unserer Untersuchung konnte sowohl im Liquor als auch im Serum eine Prävalenz von 100% von Antiproteasom-Antikörpern gefunden werden (30 von 30). Ebenso konnten bei unseren gesunden Kontrollen Antiproteasom-Antikörper ermittelt werden, in signifikant erniedrigten Bereichen gegenüber den untersuchten MS-Proben, jedoch auch mit einer Prävalenz von 98% im Serum (48 von 49) und 100% im Liquor (49 von 49), was die Vermutung nahelegt, daß eine natürliche Autoreaktivität gegenüber Proteasom auch im nicht entzündlich veränderten Gewebe vorzukommen scheint. Für die Antiproteasom-Antikörper fanden sich nur im Liquor signifikante Differenzen der Mittelwerte: 0,19 U/ml (SD 0,16) für die MS-Patienten, 0,07 U/ml (SD 0,06) für die Kontrollgruppe. Es liegt nahe, daß die nachgewiesenen Abweichungen der Konzentrationen des Proteasoms und der Antiproteasom-Antikörper eine Rolle sowohl in der Immunpathogesese der Multiplen Sklerose als auch des Guillain-Barré-Syndroms spielen. So könnte die Verminderung des Proteasoms im Liquor zu einer ungenügenden Kontrolle aktivierter T-Lymphozyten führen. Andererseits könnte auch das Proteasom selbst als Autoantigen in der Pathogenese der MS Bedeutung haben (2). Eine unsaubere oder aber verringerte Präsentation via MHC-I durch einen Mangel oder Defekt an Proteasom könnte auch bei dem GBS zu einer Expansion autoreaktiver T-Zellen führen. Die selektiv im Liquor erniedrigten cProteasomspiegel könnten als Ausdruck einer gestörten intrathekaler Antigenpräsentation sein, die im Falle der Infektabwehr eine Chronifizierung der Entzündung begünstigen würde. So ist es sinnvoll, im Verlauf weiterer Studien zu untersuchen, wie sich bei der als „MS des peripheren Immunsystems“ beschriebenen chronischen Verlaufsform des GBS, der CIDP, intrathekaler Proteasomstatus und Erkrankungsverlauf bedingen. Durch diese diversen und noch zu wenig verstandenen komplexen Funktionen, die das Proteasom hinsichtlich der Apoptose übernimmt, kann man schlußfolgern, daß ein gezieltes, auf die aktuelle immunologisch aktivierte Phase des Organismus abgestimmtes „Auf und Ab“ in der Apoptose notwendig scheint, um Krankheitserreger zu eliminieren, den Körper vor weiteren Infekten mit immunologischem Gedächtnis auszustatten und gegebenenfalls eine überschießende Immunaktivierung rechtzeitig zu terminieren. Und so liegt der Verdacht nahe, daß eine verminderte oder auch gestörte proteasomale Funktion diese Mechanismen beeinträchtigt. Wie genau dies sich im Detail verhält, bleibt weiteren gezielten Untersuchungen vorbehalten.

The proteasome presents as a multictalytic unit in connection with the ubiquitin cascade a physiological catabolic system for the degradation of abnormal folded and degenerated proteins. It exists in all types of cells of the organism and takes a very important place in the regulation of the apoptosis. It is involved in the antigen-processing and creating of particles which are presented to the MHC-I and MHC-II complex. In this work we investigated whether the proteasome is detectable in the serum and the cerebro spinal fluid (CSF) of patients with neurodegenerative and neuroimmunological processes like Multiple Sclerosis (MS), Guillain-Barré-Syndrome (GBS), Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) and Alzheimer´s Disease (AD) and if there is any relevant difference to the healthy group. We wanted to point out which importance the results can have regarding to the pathomechanisms of all these diseases. We investigated a group of 139 patients with following diseases: 32 patients with ALS, 25 patients with GBS, 30 patients with MS and 52 patients with Alzheimer´s Disease and a healthy group of 33 probands.We analyzed always 150µg of the Serum and the CSF in order to measure the concentration of the circulating proteasome and the titers of the anti-proteasome antibodies. The analysis of the healthy group showed in the serum concentrations of the c proteasome of 571,01ng/ml in the middle (standard deviation of 421,27ng/ml), for the MS-group 513,29ng/ml (SD: 278,87 ng/ml). Patients with ALS showed levels of 466,02 ng/ml (SD 213,9ng/ml), the GBS-group showed 654,23 ng/ml (SD: 350,02 ng/ml) and the patients with Alzheimer´s Disease showed concentrations of 815,07 ng/ml of the c proteasome concentration ( SD 287,87 ng/ml). There was no significant difference to the healthy control group. However in the CSF of the MS-patients we detected a significant decrease: 6,49ng/ml (SD: 5,78) against 14,87ng/ml (SD 4,35) of the control group ( p-value >0,001). Just as in the CSF of the patients with GBS we detected a statistic significant decrease of the c proteasome concentration regarding to the healthy group. Furthermore we analyzed the serum-CSF-pairs for the prevalence of anti- proteasome-antibodies.We detected in the CSF as well as in the serum a prevalence of 100% of antiproteasome-antibodies (30 from 30). We also found a prevalence of 98% of anti-proteasome-antibodies in the the serum and of 100% in the CSF of the healthy group. We suppose a natural autoreactivity against the c proteasome. In the CSF we detected significant differences of the middle values: 0,19 U/ml (SD 0,16) for the MS-group and 0,07 U/ml (SD 0,06) for the control group. It is obvious that the variances of the concentrations of the proteasome and the anti-proteasome-antibodies play an important role in the immune pathogenesis of the multiple sclerosis and the Guillain-Barré-Syndrome. We suppose that the decrease of the proteasome in the CSF lead to an insufficient control of the activated T-lymphocytes. Ohterwise even the proteasome could match as an autoantigen in the pathogenesis of the multiple sclerosis. An insufficient or decreased presentation via MHC-I pathway – caused by a lack or a defect of proteasome could even in the case of GBS lead to an expansion of autoreactive T-Cells. The selectively decreased levels of c proteasome in the CSF could be a sign of an impaired intrathecal antigen presentation, which in case of an infection support the development of a chronic inflammation.