Влияние фосфорилирования остатка Ser8 на патогенные свойства бета-амилоидного пептида тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.03, кандидат наук Барыкин Евгений Павлович

• Барыкин Евгений Павлович
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Барыкин Евгений Павлович

Список сокращений и условных обозначений

ВВЕДЕНИЕ

1. Обзор литературы

1.1. Болезнь Альцгеймера

1.2. История открытия и изучения БА

1.3. Клиническая картина при БА

1.4. Патофизиологические основы БА

1.4.1. Холинергическая гипотеза

1.4.2. Тау-гипотеза

1.4.3. Амилоидная гипотеза

1.5. БА как мультифакторное заболевание. Современное представление о патогенезе

1.6. Бета-амилоидный пептид

1.7. Молекулярные основы патогенного действия Ар

1.7.1. Амилоиды. Прионные заболевания

1.7.2. Цитотоксические свойства агрегатов Ар

1.8. Роль Ка,К-АТФазы в патогенезе БА

1.9. Пост-трансляционные модификации Ар

1.9.1. Образование модифицированных форм Ар

1.9.2. Старение влияет на модификации Ар

1.9.3. Наследственные вариации в пост-трансляционной модификации Ар

1.10. Роль ионов металлов в патогенной олигомеризации Ар

1.10.1. Роль цинка в патогенезе БА и агрегации Ар

1.10.2. Мутации и модификации металл-связывающего домена Ар

2. Материалы и методы исследования

2.1. Материалы

2.1.1. Реагенты

2.1.2. Культура клеток

2.2. Методы исследования

2.2.1. Определение числа клеток

2.2.2. Определение концентрации амилоидных пептидов

2.2.3. Оценка параметров клеток методом проточной цитометрии

2.2.4. Приготовление амилоидных пептидов

2.2.5. Определение клеточного индекса

2.2.6. Определение активности №Д-АТФазы

2.2.7. Трансгенные мыши

2.2.8. Метод динамического рассеяния света

2.2.9. Турбидиметрия

2.2.10. Тиофлавиновый тест

2.2.11. Внутривенные инъекции

2.2.12. Гистология и иммуногистохимия

2.2.13. Количественная оценка церебрального бета-амилоидоза

2.2.14. Изотермическая калориметрия титрования (ИКТ)

2.2.15. Моделирование структуры комплекса №Д-АТФазы с амилоидными пептидами

2.2.16. Статистические методы, использованные для анализа данных

3. Результаты и обсуждение

3.1. Влияние бета-амилоидных пептидов на жизнеспособность и внутриклеточные параметры клеток нейробластомы

3.1.1. Лр42 и его модифицированные формы различаются по скорости образования амилоидных агрегатов in vitro

3.1.2. Изомеризация Asp7 и фосфорилирование Ser8 влияют на нейротоксические свойства AP42

3.2. Фосфорилирование по Ser8 подавляет цинк-индуцированную агрегацию Лр42 и isoD7-Лр42 in vitro и связанные с ней патогенные процессы in vitro и in vivo

3.2.1. Фосфорилирование по Ser8 подавляет цинк-индуцированную агрегацию пептидов Лр42 и isoD7-Ap42

3.2.2. Пептид pS8-Ap42 подавляет цинк-индуцированную агрегацию Лр42

3.2.3. Внутривенные инъекции pS8^p42 и isoD7/pS8-Лp42 снижают количество амилоидных бляшек в гиппокампе трансгенных мышей линии APP/PS1

3.3. Фосфорилирование по Бег8 предотвращает ингибирование активности Ка,К-АТФазы

пептидом Ар42

3.3.1. рБ8-Ар42 связывается с Ка,К-АТФазой, но не влияет на гидролитическую активность фермента

3.3.2. Связывание Ар42 и рБ8-Ар42 с Ка,К-АТФазой происходит за счет С-концевого домена пептида

3.3.3. Ингибирование Ка,К-АТФазы обусловлено агрегацией Ар42 на ферменте

3.3.4. Фосфорилирование Лр42 по Бег8 может быть фактором, препятствующим развитию патологии БА в мозге человека

4. Заключение

5. Выводы

6. Список литературы

Список сокращений и условных обозначений

АФК, активные формы кислорода АХЭ, ацетилхолинэстераза БА, болезнь Альцгеймера

ВОЗ, Всемирная Организация Здравоохранения

ДВП, долговременная потенциация

ДМСО, диметилсульфоксид

ДСР, динамическое светорассеяние

ИКТ, изотермическая калориметрия титрования

НФК, нейрофибриллярные клубки

PKA, протеинкиназа A

ЭПР, эндоплазматический ретикулум

ЭТС, эмбриональная телячья сыворотка

Aß, бета-амилоидный пептид

AICD, APP intracellular domain

ATCC, American Type Culture Collection

APP, амилоидный белок-предшественник

CaMKII, кальций-кальмодулин протеинкиназа

Cdk5, циклин-зависимая киназа

FDA, Food and Drug Administration

GSK-3ß, киназа гликогенсинтазы

GSH, восстановленный глутатион

GWAS, genome-wide association studies, изучение полногеномных ассоциаций HNE, гидроксиноненал

IC50, концентрация вещества, при которой цинк-индуцированная агрегация бета-амилоида ингибируется на 50%

isoD7-Aß, бета-амилоидный пептид, содержащий изомеризацию по остатку Asp7

isoD7/pS8-Aß, бета-амилоидный пептид, содержащий изомеризацию по остатку Asp7 и

фосфорилирование по остатку Ser8

Ka, константа ассоциации

Kd, константа диссоциации

NO, оксид азота

NMDAR, рецептор глутаминовой кислоты

MAPK, митоген-активируемая протеинкиназа

MARK, киназа, регулирующая аффинность микротрубочек

MBD, microtubule-binding domain, домен, связывающий микротрубочки

MCI, Mild Cognitive Impairment, умеренные когнитивные нарушения

PDB, Protein Data Bank

PI, пропидий йодид

Pi, неорганический фосфат

pS8-Aß, бета-амилоидный пептид, содержащий фосфорилирование по остатку Ser8 ThT, тиофлавин T

a7-nAChR, никотиновый ацетилхолиновый рецептор а7

АН, изменение энтальпии

AS, изменение энтропии

AG, изменение энергии Гиббса

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние фосфорилирования остатка Ser8 на патогенные свойства бета-амилоидного пептида»

Актуальность темы исследования

Болезнь Альцгеймера (БА) - наиболее распространенное в современном мире нейродегенеративное заболевание, проявляющееся клинически в виде прогрессирующего ухудшения когнитивных функций [1]. Количество пациентов с БА в мире достигает 44 миллионов, и неуклонно растет (по материалам бюллетеня ВОЗ за 2017 г.). Так, в США каждый девятый человек старше 65 лет страдает от БА, а к 85 годам вероятность развития заболевания составляет уже 32% [2]. Смертность от инсультов, болезней сердца и рака простаты с 2000 по 2013 г. в США снизилась на 23%, 14% и 11%, соответственно, в то время как смертность пациентов с БА возросла на 71% [2]. БА характеризуется длительным развитием, и пациенты достаточно рано теряют способность удовлетворять свои повседневные нужды, что налагает на общество огромный финансовый и психологический груз ухода за больными. В 2016 году более 236 млрд долларов было потрачено в США на медицинскую помощь, длительный уход и обеспечение услуг хосписов для пациентов с БА старше 65 лет [3]. Последние десятилетия ведутся масштабные фундаментальные исследования и клинические испытания, направленные на разработку средств терапии и диагностики БА. Несмотря на это, с 2001 года для терапии БА был одобрен только один препарат - мемантин, и более ста препаратов потерпели неудачу на стадии клинических испытаний [4]. Ни мемантин, ни ранее одобренные для терапии БА ингибиторы ацетилхолинэстеразы (АХЭ) неспособны повернуть вспять или замедлить развитие заболевания; таким образом, БА на сегодня является неизлечимой. Способов ранней диагностики БА также не существует, что не в последнюю очередь обусловлено длительной (до 15-20 лет) бессимптомной стадией развития болезни [1].

Проблемы в разработке действенных препаратов связаны с крайне сложной, многофакторной природой патогенеза БА [5]. Существует несколько гипотез, предлагающих молекулярный механизм развития заболевания. Две из них - амилоидная и тау-гипотеза -основаны на патоморфологических проявлениях БА [6]. Амилоидная гипотеза базируется на обнаруженных в межклеточном пространстве нервной ткани пациентов сенильных (амилоидных) бляшках - нерастворимых белковых отложениях, основным компонентом которых является бета-амилоидный пептид (АР) [7]. Основой тау-гипотезы послужило открытие нейрофибриллярных клубков (НФК) - отложений гиперфосфорилированного тау-белка внутри нейронов у пациентов с БА [8]. Обе эти гипотезы предполагают, что БА является протеинопатией, то есть вызывается неконтролируемой аккумуляцией и агрегацией неправильно свернутых белков [9]. Параллельно существуют гипотезы, отводящие большую роль в патогенезе нейровоспалению, вирусным или бактериальным инфекциям [10-13].

Из всех гипотез, объясняющих развитие БА, амилоидная гипотеза является наиболее популярной. Согласно этой гипотезе, накопление Лр и его агрегация через стадию нейротоксичных олигомеров с образованием нерастворимых фибриллярных агрегатов, имеющих Р-амилоидную структуру, является основным патогенным фактором БА [1]. Амилоидная гипотеза подтверждается в ряде моделей in vitro и in vivo, однако на ее основе все еще не удалось создать ни одного болезнь-модифицирующего препарата. Анти-агрегационная терапия при БА пока также не доказала своей эффективности [4], хотя антитело BAN2041, разрушающее агрегаты Лр, продемонстрировало многообещающие результаты на стадии клинических испытаний [14]. Ограниченные успехи анти-амилоидной терапии могут быть связаны с отсутствием средств ранней диагностики заболевания [15]. Помимо этого, классическая амилоидная гипотеза не описывает факторы, вызывающие развитие БА в стареющем организме [6]. Триггерами БА могут быть пост-трансляционные модификации Лр, существенно изменяющие его патогенные свойства [16,17]. Лр способен подвергаться целому ряду модификаций, спектр и распространенность которых, скорее всего, изменяются с возрастом и под действием внешних факторов [17]. Такие модификации влияют на агрегационные свойства Лр, нейротоксичность и взаимодействие с белками-партнерами [18-22] и являются перспективными мишенями для терапии БА [23].

Одним из важных факторов патогенности Лр является его способность к агрегации в присутствии катионов двухвалентных металлов, особенно Zn [24-26]. Установлено, что регион 1-16 в Лр представляет собой металл-связывающий домен, а остатки 11-14 образуют минимальный цинк-связывающий сайт [27-29]. In vivo обнаружен ряд пост-трансляционных модификаций Лр, локализованных в домене 1-16. Так, Лр, содержащий изомеризованный остаток Asp7 (isoD7-ЛP), обладает повышенной нейротоксичностью и способствует развитию церебрального амилоидоза в мышиных моделях болезни Альцгеймера [21,30], причем эти эффекты могут быть обусловлены его усиленной олигомеризацией в присутствии

Zn [31].

Аккумуляция isoD7^P с возрастом может представлять один из триггеров БА [18]. Свойства Лр, содержащего фосфорилирование по Ser8, — другую модификацию, расположенную в металл-связывающем домене Лр, изучены менее подробно. Известные закономерности цинк-индуцированной агрегации Лр предполагают, что фосфорилированный по Ser8 пептид (pS8^P) будет обладать сниженной способностью к агрегации в присутствии

Zn [32,33], и, как

следствие, сниженной амилоидогенностью. Недавно было установлено, что Лр способен напрямую ингибировать мембранный транспортер №Д-АТФазу [34], активность которого критически важна для работы нейронов, и фосфорилирование может регулировать это взаимодействие. Возрастное изменение активности киназ и фосфатаз может влиять на уровень pS8^P [17], в связи с чем изучение свойств этой формы пептида является важным для

понимания механизмов возникновения заболевания, разработки новых средств терапии и диагностики БА.

Одна молекула Ар потенциально может содержать обе модификации -фосфорилирование по Бег8 и изомеризацию по Лвр7, и исследование свойств такой формы пептида представляет важный шаг в изучении совместного действия различных модификаций Ар в рамках одной молекулы.

Цель и задачи исследования

Целью настоящей работы является установление влияние фосфорилирования по остатку Ser8 на патогенные свойства пептидов Ар42 и ¡8оВ7-Ар42.

В задачи работы входило:

• оценить нейротоксические свойства пептидов Ар42, 1воБ7-Ар42, рБ8-Ар42 и 1воБ7/р88-Ар42 и их влияние на внутриклеточные параметры;

• установить влияние фосфорилирования по Ser8 на цинк-индуцированную агрегацию Ар42 и ¡8оБ7-АР42;

• охарактеризовать амилоидогенные свойства рБ8-Ар42 и 1воБ7/р88-Ар42 в трансгенной мышиной модели болезни Альцгеймера;

• установить влияние фосфорилирования Ар42 по Ser8 на взаимодействие с №,К-АТФазой.

Научная новизна работы

В работе проведено комплексное исследование свойств модифицированных форм пептида Ар42, содержащих фосфорилирование по Бег8, изомеризацию по Лвр7 или обе модификации вместе (¡8оБ7/р88-Ар42).

Впервые показано, что модифицированные формы Ар42 обладают повышенной нейротоксичностью для клеток нейробластомы. Установлено, что модификации Ар42 изменяют действие пептида на редокс-статус клеток, при этом наиболее сильным действием на редокс-статус и наибольшей токсичностью обладают пептиды ¡8оВ7-Ар42 и 1воВ7/р88-Ар42.

Впервые охарактеризована цинк-зависимая агрегация пептидов рБ8-Ар42 и 1воБ7/р88-Ар42. Показано, что фосфорилирование по Бег8 подавляет цинк-индуцированную агрегацию, а рБ8-Ар42 обладает способностью предотвращать цинк-индуцированную агрегацию Ар42.

С помощью трансгенной мышиной модели БА было продемонстрировано, что формы Ар42, содержащие фосфорилирование по Бег8, обладают выраженным анти-амилоидогенным действием при введении в периферический кровоток, что является первым свидетельством подавления амилоидогенеза при введении синтетических форм Ар42 в кровь животных.

Установлено, что пептид рБ8-Ар42, в отличие от немодифицированного пептида, не ингибирует мембранный транспортер №,К-АТФазу. Эти результаты позволили показать, что

ингибирование ^Д-АТФазы обусловлено металл-индуцированной агрегацией Ар42 с использованием №Д-АТФазы в качестве затравки. Присуствие №Д-АТФазы в растворе способно усиливать цинк-индуцированную агрегацию Ар42, что демонстрирует возможную роль ^Д-АТФазы как матрицы для образования цинк-индуцированных агрегатов Ар.

Теоретическая и практическая значимость работы

Полученные результаты расширяют представление о патогенезе БА в рамках амилоидной гипотезы заболевания. Данные, полученные в мышиных моделях, подтверждают роль цинк-индуцированной агрегации в амилоидогенном процессе, а также являются первым свидетельством подавления амилоидогенеза при введении синтетических форм Ар42 в кровь животных. В совокупности, результаты работы предполагают важную роль фосфорилирования в предотвращении патогенных процессов, связанных с металл-зависимой агрегацией Ар42.

Установленные свойства фосфорилирования Ар42 по остатку Ser8 демонстрируют возможность использования детекции pS8-Ap42 для диагностики БА, а модулирование уровня pS8-Ap42 - как перспективное средство терапии заболевания.

Методология и методы диссертационного исследования

Работа выполнена с использованием современного оборудования и широкого спектра методов молекулярной и клеточной биологии, гистологии, биохимии, компьютерного моделирования и биофизики. В качестве основных объектов исследования в работе были использованы синтетические бета-амилоидные пептиды, очищенные препараты №Д-АТФазы, культивируемые клетки млекопитающих, а также животные модели.

Основные положения, выносимые на защиту

- Фосфорилирование по остатку Ser8 и/или изомеризация по остатку Asp7 приводит к повышению нейротоксичности Ар42 и изменению его влияния на редокс-статус клеток нейробластомы.

- Фосфорилирование пептидов Ap42 и isoD7-Ap42 по остатку Ser8 подавляет их цинк-индуцированную агрегацию, а pS8-Ap42 в смеси с Ар42 подавляет цинк-индуцированную агрегацию последнего.

- Инъекции пептидов pS8-Ap42 и isoD7/pS8-Ap42 в периферический кровоток подавляют амилоидогенез в трансгенной мышиной модели БА.

- Ингибирование мембранного транспортера АТФазы пептидом Ар42 зависит от металл-индуцированной агрегации Ар42, вследствие чего фосфорилирование Ар42 по Ser8 предотвращает ингибирование ^Д-АТФазы.

- Выявленные свойства фосфорилирования по Aß42 демонстрируют важную роль этой модификации в поддержании здоровья нервной ткани и определяют перспективы pS8-Aß42 в качестве диагностического маркера или мишени для терапии БА.

Личный вклад соискателя

Описанные в диссертационной работе результаты, касающиеся характеризации токсического действия Aß42 и его модифицированных форм на клетки нейробластомы, влияния бета-амилоидных пептидов на внутриклеточные параметры и редокс-статус клеток, а также приготовления, окрашивания гистологических срезов гиппокампа и анализа числа амилоидных бляшек получены автором лично. Эксперименты по изучению спонтанной и цинк-зависимой агрегации пептидов были проведены совместно с С. Радько (НИИ Биомедицинской Химии им. В.Н. Ореховича (ИБМХ)). Моделирование комплекса Na,K-АТФазы с бета-амилоидом выполнено совместно с А. Анашкиной (Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук (ИМБ РАН)). Разведение трансгенных мышей и инъекции пептидов проводились сотруниками Пущинского питомника лабораторных животных (Филиал Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук).

Степень достоверности и апробация результатов

Результаты работы были опубликованы в 5 статьях в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК. Основные положения диссертационной работы были представлены в виде стендовых и устных докладов на российских и международных научных конференциях и научных школах: 42-ом конгрессе Федерации Европейских Биохимических Обществ (FEBS) (Иерусалим, Израиль, 2017); 3-ей Летней школе по прионным и прионоподобным нейродегенеративным заболеваниям (Дезенцано-дель-Гарда, Италия, 2017); 14-ой международной конференции по болезни Альцгеймера и болезни Паркинсона (AD/PD) (Лиссабон, Португалия, 2019); Конференции молодых ученых, посвященной 60-летию Института молекулярной биологии им. В.А.Энгельгардта Российской академии наук; Научной школе Международного Общества Нейрохимии (ISN Advanced School) (Эстерель, Канада, 2019); Встрече Международного Общества Нейрохимии и Американского Общества Нейрохимии (ISN-ASN Meeting) (Монреаль, Канада, 2019).

Статьи в журналах

1. Барыкин Е.П., Петрушанко И.Ю., Бурнышева К.М., Макаров А.А., Митькевич В.А. 2016. Изомеризация остатка Asp7 усиливает токсическое действие бета-амилоида и его

фосфорилированной формы на клетки нейробластомы SH-SY5Y. Молекулярная биология, 50(5), 762-767

2. Barykin EP, Mitkevich VA, Kozin SA, Makarov AA (2017) Amyloid P modification: A key to the sporadic Alzheimer's disease? Frontiers in genetics. 8, 58-58

3. Barykin EP, Petrushanko IY, Kozin SA, Telegin GB, Chernov AS, Adzhubei AA, Lopina OD, Radko SP, Mitkevich VA, Makarov AA (2018) Phosphorylation of the Amyloid-Beta Peptide Inhibits Zinc-Dependent Aggregation, Prevents Na,K-ATPase Inhibition, and Reduces Cerebral Plaque Deposition. Front. Mol. Neurosci. 11, 302-302

4. Kozin SA, Barykin EP, Telegin GB, Chernov AS, Adzhubei AA, Radko SP, Mitkevich VA, Makarov AA (2018) Intravenously Injected Amyloid-P Peptide With Isomerized Asp7 and Phosphorylated Ser8 Residues Inhibits Cerebral P-Amyloidosis in APPP/PS1 Transgenic Mice Model of Alzheimer's Disease. Front. Neurosci. 12, 518-518

5. Козин С.А., Барыкин Е.П., Митькевич В.А., Макаров А.А. (2018) Анти-амилоидная терапия болезни Альцгеймера: современное состояние и перспективы. Биохимия 83 (9), 1057-1067

Материалы научных конференций

1. E. Barykin, I. Petrushanko, S. Kozin, V. Mitkevich, A. Makarov (2017) Phosphorylation of beta-amyloid peptide prevents inhibition of Na, K-ATPase and alters its amyloidogenic properties. FEBS JOURNAL, 284, 133-134, 42nd FEBS CONGRESS Jerusalem, Israel.

2. E. Barykin, I. Petrushanko, S. Radko, V. Mitkevich, S. Kozin, O. Lopina, A. Makarov (2019). Phosphorylation of Ap peptide at Ser8 inhibits its zinc-dependent and Na,K-ATPase-dependent aggregation, and reduces cerebral plaques deposition. AD/PD 2019 Lisbon, Portugal.

3. E. Barykin, I. Petrushanko, S. Kozin, V. Mitkevich, S. Radko, A. Makarov (2019) Several disease-associated properties of the beta-amyloid peptide are neutralized by its phosphorylation. Journal of Neurochemistry, 150, 92-92, https://doi.org/10.1111/jnc.14776, ISN-ASN Meeting 2019 Montreal, Canada.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, трех глав («Обзор литературы», «Материалы и методы исследования», «Результаты и обсуждение») заключения, выводов и списка литературы, содержащего 318 источников. Работа изложена на 114 страницах, содержит 35 рисунков и 2 таблицы.

1. Обзор литературы

1.1. Болезнь Альцгеймера

Болезнь Альцгеймера - нейродегенеративное заболевание, в основном поражающее людей старше 65 лет [35]. Более ранние случаи заболевания, как правило, являются генетически обусловленными и составляют, по разным источникам, от 1 до 5% всех случаев болезни. Такая «семейная» форма БА противопоставляется «спорадической» форме, возникновение которой связано со старением. Наибольшее число больных зарегистрировано в развитых странах, в России число пациентов с деменцией достигает 1,5 млн. По данным Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ), в странах с высоким уровнем жизни БА занимает третье место по смертности после ишемической болезни сердца и инсульта. Как и другие нейродегенеративные заболевания, связанные со старением, болезнь Альцгеймера характеризуется медленным развитием и приводит к прогрессирующей гибели нейронов [36]. Неврологические симптомы БА проявляются в виде деменции: синдрома нарушения мыслительных функций, включающего ухудшение кратковременной и долговременной памяти, дезориентацию, трудности с планированием, затруднение речи [2]. БА соответствует 60-70% всех случаев деменции, а число больных в мире достигает 44 млн и может возрасти до 132 млн к 2050 году (по материалам бюллетеня ВОЗ за 2017 год).

1.2. История открытия и изучения БА

Впервые как самостоятельное заболевание БА была охарактеризована в 1901 г. Немецкий психиатр Алоис Альцгеймер отметил случай болезни, которую впоследствии назвали его именем, у своей пациентки Августы Детер. После смерти больной А. Альцгеймер опубликовал анализ клинической картины наблюдаемого заболевания [37]. Помимо описания симптомов деменции, А. Альцгеймером и коллегами был проведен постмортальный гистоморфологический анализ ткани головного мозга пациентки. Так были впервые описаны патологические изменения цитоскелета нейронов коры больших полушарий - объединение нейрофиламентов в нейрофибриллярные клубки (НФК) с измененным характером окрашивания (Рис. 1).

Рис. 1. Нейрофибриллярные клубки в нейронах. Рисунок А. Альцгеймера [38].

Подобные изменения наблюдали в 25-30% нейронов. В межклеточном пространстве нервной ткани головного мозга были обнаружены сенильные бляшки - интенсивно окрашивающиеся при импрегнации серебром образования, распределенные по всей коре. Немецкий психиатр Эмиль Крепелин в 1910 г. впервые обозначил БА как заболевание, не являющееся нормальным компонентом старения, а описанные им патоморфологические проявления заболевания послужили основой для гипотез, объясняющих возникновение болезни [39]. Тем не менее, Э. Крепелин охарактеризовал БА как «пресенильную деменцию», которую следует диагностировать только для пациентов младше 65 лет. Случаи «пресенильной деменции» крайне редки, поэтому на протяжении XX века практически не проводилось изучение БА как самостоятельного заболевания. Только в 1977 г. состоялась конференция, на которой пресенильная и сенильная деменции были объединены в одно заболевание на основании общности клинических и патологических проявлений, что стало началом масштабного исследования БА [40].

1.3. Клиническая картина при БА

Болезнь Альцгеймера традиционно относят к деменциям, что было утверждено в 1984 году в публикации критериев Национального Института Неврологических и Коммуникативных Заболеваний и Инсульта - Ассоциации Болезни Альцгеймера и Связанных Патологий [41]. Современные критерии по диагностике БА также выделяют преклиническую стадию БА, характеризующуюся умеренными когнитивными нарушениями [35]. Умеренные когнитивные нарушение (Mild Cognitive Impairment, MCI) представляют собой состояние, в котором пациент проявляет измеримое снижение мыслительных способностей, более слабое, чем при деменции.

От MCI страдают от 15 до 20% людей старше 65 лет [42]. Люди с MCI с большей вероятностью заболевают БА [43,44].

Основным начальным симптомом БА являются трудности с запоминанием новой информации. Это обусловлено ранней гибелью нейронов областей мозга, отвечающих за формирование новых воспоминаний. По мере повреждения нейронов в других областях мозга формируется ряд дополнительных симптомов. При БА выделяют следующие характерные симптомы:

• нарушения памяти, влияющие на повседневную жизнь;

• проблемы с планированием и решением проблем;

• сложности с выполнением простых задач дома, на работе и во время отдыха;

• дезориентация во времени и пространстве;

• проблемы с восприятием изображений и пространственных взаимоотношений между объектами;

• проблемы с подбором слов в речи или на письме;

• снижение работоспособности и социальной активности;

• изменения в настроении и личности, в том числе апатия и депрессия;

• беспокойство, нарушения сна.

Темпы проявления симптомов сильно различаются у разных пациентов. На поздних стадиях заболевания пациенты нуждаются в помощи для удовлетворения основных нужд, таких как мытье, одевание, прием пищи. Пациенты теряют способность к коммуникации, перестают узнавать родных и близких, становятся привязанными к постели и нуждаются в круглосуточном уходе. Сложности с передвижением провоцируют повышенную уязвимость к заболеваниям, включая пневмонию, которая является распространенной причиной смерти на поздних стадиях БА [45].

1.4. Патофизиологические основы БА

Изменения в головном мозге, приводящие к БА, могут начаться за 20 или более лет до появления первых симптомов [46,47]. Первичные патологические изменения не проявляются благодаря компенсаторным механизмам мозга, а проявление симптомов деменции связывают с исчерпанием компенсаторных возможностей. Основными патоморфологическими изменениями на уровне мозга являются аккумуляция Ар в виде сенильных бляшек в межклеточном пространстве нервной ткани и накопление гиперфосфорилированного тау-белка в виде НФК внутри нейронов [48,49]. Эти два процесса считаются основными триггерами повреждения и гибели нейронов, приводящими к манифестации симптомов БА. На основе этих процессов

было разработано два молекулярных механизма, призванных объяснить патогенез БА и предложить методы лечения и диагностики заболевания - амилоидная гипотеза и тау-гипотеза. Помимо этого, на поздних стадиях болезни существует комплекс симптомов, связанных с дефицитом нейротрансмиттеров [50,51]. Этот дефицит особенно выражен в холинергической системе, что послужило основой для холинергической гипотезы БА [52].

1.4.1. Холинергическая гипотеза

Холинергическая гипотеза - наиболее ранняя из гипотез, предложенных для объяснения патогенеза БА [52]. Известно, что у пациентов с БА наблюдается снижение активности холинацетилтрансферазы и ацетилхолинэстеразы (АХЭ) в коре и других областях мозга [53]. Исследование биопсийных тканей и пост-мортальных образцов мозга пациентов с БА показало сниженный синтез ацетилхолина, захват холина и выброс ацетилхолина [54,55]. Исследования in vitro показали, что Aß ингибирует холинергическую нервную передачу [56,57]. Другие исследования продемонстрировали, что уменьшение количества никотиновых и мускариновых ацетилхолиновых рецепторов, расположенных в пресинаптических холинергических терминалях, определяет снижение когнитивных способностей [58,59]. Эти наблюдения подтвердили, что дегенерация холинергических нейронов и сопутствующее нарушение холинергической передачи в коре и других областях играет важную роль в нарушении когнитивных функций при БА. За последние десятилетия предпринималось множество попыток разработать стратегии терапии, основанные на этой гипотезе, включая ингибиторы АХЭ, предшественники холина, постсинаптическую и пресинаптическую стимуляцию с использованием агонистов мускариновых и никотиновых рецепторов [60]. Однако, положительные эффекты были обнаружены только для ингибиторов АХЭ. Четыре ингибитора АХЭ были одобрены Food and Drug Administration (FDA) США для лечения БА начальной и средней стадии - такрин, донепезил, ривастигмин и галантамин [61]. Однако, эффект этих препаратов носит симптоматический характер, и ингибиторы АХЭ были неспособны замедлить прогрессию заболевания [52]. Холинергическая гипотеза также дала начало гипотезе, основанной на роли нейротрофинов в мозге. Недостаток нейротрофинов, играющих ключевую роль в регуляции функции и выживании нейронов, может способствовать потере холинергической функции [62]. Положительный эффект нейротрофинов при нейродегенеративных заболеваниях хорошо известен [63,64]; однако, нейротрофины являются относительно большими полярными молекулами, доставка которых в мозг затруднена. Дальнейшее развитие этого направления связано с разработкой генотерапевтических методов доставки нейротрофинов, уже продемонстрировавших свою безопасность и отсутствие побочных эффектов на первой стадии клинических испытаний [65,66].

1.4.2. Тау-гипотеза

Согласно тау-гипотезе развития БА, основным фактором патогенеза является нарушение функции белка тау и образование внутринейрональных НФК. Белок тау в основном обнаруживается в нейронах и относится к семейству белков, ассоциированных с микротрубочками [67]. Тонкая регуляция стабильности микротрубочек белком тау осуществляется за счет вариабельности его изоформного состава и уровня фосфорилирования [68]. В мозге человека присутствуют шесть изоформ белка тау, образующихся путем альтернативного сплайсинга одного гена, расположенного на длинном плече 17 хромосомы [69,70]. Самая длинная из изоформ белка тау содержит 79 потенциальных сайтов фосфорилирования, по меньше мере для 30 из которых обнаружено фосфорилирование in vivo [71]. В C-концевой части белка расположен домен, связывающий микротрубочки (Microtubule-binding domain, MBD) [48,72]. Этот домен вовлечен в полимеризацию и стабилизацию микротрубочек и, в зависимости от изоформы, содержит три (R1, R3, R4) или четыре (R1-R4) повторяющихся участка. Как фосфорилирование этого домена, так и фосфорилирование сайтов, расположенных за его пределами, регулирует взаимодействие тау с элементами цитоскелета. Фосфорилирование тау и его изоформный состав зависят от этапа онтогенеза [73,74]. В незрелом мозге тау фосфорилирован сильнее, и в процессе развития число фосфорилированных сайтов снижается из-за повышения активности фосфатаз [73].

Патологические состояния, в том числе болезнь Альцгеймера, связаны с гиперфосфорилированием белка тау [75]. Известно, что гиперфосфорилирование MBD происходит за счет киназы гликогенсинтазы 3 (GSK-3ß), циклин-зависимой киназы (cdk5) и активаторной субъединицы p25 митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK) [75]. Также в гиперфосфорилирование тау вовлечены киназы Akt, Fyn, протеинкиназа A (PKA), кальций-кальмодулин протеинкиназа 2 (CaMKII) (Рис. 2) [75]. Гиперфосфорилирование тау снижает его аффинность к микротрубочкам и ведет к его полимеризации в виде прямых или парных спиральных филаментов [76]. Аккумуляция таких агрегатов в цитоплазме нейронов приводит к образованию нейрофибриллярных клубков, нарушению структуры и функции цитоскелета [61]. Это нарушает нормальные клеточные функции нейронов, такие как поддержание морфологии, аксональный транспорт; приводит к дисфункции синапсов и нейродегенерации [77].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Барыкин Евгений Павлович, 2020 год

6. Список литературы

1 Selkoe DJ & Hardy J (2016) The amyloid hypothesis of Alzheimer's disease at 25 years. EMBO

Mol. Med. 8, 595-608.

2 Alzheimer's Association (2016) 2016 Alzheimer's disease facts and figures. Alzheimers Dement. J.

Alzheimers Assoc. 12, 459-509.

3 Hurd MD, Martorell P, Delavande A, Mullen KJ & Langa KM (2013) Monetary Costs of Dementia

in the United States. N. Engl. J. Med. 368, 1326-1334.

4 Mullane K & Williams M (2013) Alzheimer's therapeutics: Continued clinical failures question the

validity of the amyloid hypothesis—but what lies beyond? Biochem. Pharmacol. 85, 289-305.

5 Huang Y & Mucke L (2012) Alzheimer Mechanisms and Therapeutic Strategies. Cell 148, 1204-

1222.

6 Musiek ES & Holtzman DM (2015) Three Dimensions of the Amyloid Hypothesis: Time, Space,

and "Wingmen." Nat. Neurosci. 18, 800-806.

7 Masters CL & Selkoe DJ (2012) Biochemistry of Amyloid ß-Protein and Amyloid Deposits in

Alzheimer Disease. Cold Spring Harb. Perspect. Med. 2, a006262.

8 Ballatore C, Lee VM-Y & Trojanowski JQ (2007) Tau-mediated neurodegeneration in Alzheimer's

disease and related disorders. Nat. Rev. Neurosci. 8, 663.

9 Golde TE, Borchelt DR, Giasson BI & Lewis J (2013) Thinking laterally about neurodegenerative

proteinopathies. J. Clin. Invest. 123, 1847-1855.

10 Heneka MT, Carson MJ, Khoury JE, Landreth GE, Brosseron F, Feinstein DL, Jacobs AH, Wyss-

Coray T, Vitorica J, Ransohoff RM, Herrup K, Frautschy SA, Finsen B, Brown GC, Verkhratsky A, Yamanaka K, Koistinaho J, Latz E, Halle A, Petzold GC, Town T, Morgan D, Shinohara ML, Perry VH, Holmes C, Bazan NG, Brooks DJ, Hunot S, Joseph B, Deigendesch N, Garaschuk O, Boddeke E, Dinarello CA, Breitner JC, Cole GM, Golenbock DT & Kummer MP (2015) Neuroinflammation in Alzheimer's disease. Lancet Neurol. 14, 388-405.

11 Balin BJ & Hudson AP (2018) Herpes viruses and Alzheimer's disease: new evidence in the

debate. Lancet Neurol. 17, 839-841.

12 Itzhaki RF, Lin W-R, Shang D, Wilcock GK, Faragher B & Jamieson GA (1997) Herpes simplex

virus type 1 in brain and risk of Alzheimer's disease. The Lancet 349, 241-244.

13 Honjo K, van Reekum R & Verhoeff NPLG (2009) Alzheimer's disease and infection: Do

infectious agents contribute to progression of Alzheimer's disease? Alzheimers Dement. 5, 348-360.

14 Swanson CJ, Zhang Y, Dhadda S, Wang J, Kaplow J, Lai RY, Lannfelt L, Kramer LD & Luthman J

(2018) Treatment of early AD subjects with BAN2401, an anti-Aß protofibril monoclonal antibody, significantly clears amyloid plaque and reduces clinical decline. Alzheimers Dement. J. Alzheimers Assoc. 14, P1668.

15 Insel PS, Weiner M, Mackin RS, Mormino E, Lim YY, Stomrud E, Palmqvist S, Masters CL,

Maruff PT, Hansson O & Mattsson N (2019) Determining clinically meaningful decline in preclinical Alzheimer disease. Neurology 93, e322-e333.

16 Kummer MP & Heneka MT (2014) Truncated and modified amyloid-beta species. Alzheimers Res.

Ther. 6, 28.

17 Barykin EP, Mitkevich VA, Kozin SA & Makarov AA (2017) Amyloid ß Modification: A Key to

the Sporadic Alzheimer's Disease? Front. Genet. 8.

18 Moro ML, Phillips AS, Gaimster K, Paul C, Mudher A, Nicoll JAR & Boche D (2018)

Pyroglutamate and Isoaspartate modified Amyloid-Beta in ageing and Alzheimer's disease. Acta Neuropathol. Commun. 6.

19 Barykin EP, Petrushanko IY, Kozin SA, Telegin GB, Chernov AS, Lopina OD, Radko SP,

Mitkevich VA & Makarov AA (2018) Phosphorylation of the Amyloid-Beta Peptide Inhibits Zinc-Dependent Aggregation, Prevents Na,K-ATPase Inhibition, and Reduces Cerebral Plaque Deposition. Front. Mol. Neurosci. 11.

20 Kozin SA, Barykin EP, Telegin GB, Chernov AS, Adzhubei AA, Radko SP, Mitkevich VA &

Makarov AA (2018) Intravenously Injected Amyloid-ß Peptide With Isomerized Asp7 and Phosphorylated Ser8 Residues Inhibits Cerebral ß-Amyloidosis in AßPP/PS1 Transgenic Mice Model of Alzheimer's Disease. Front. Neurosci. 12.

21 Mitkevich VA, Petrushanko IY, Yegorov YE, Simonenko OV, Vishnyakova KS, Kulikova AA,

Tsvetkov PO, Makarov AA & Kozin SA (2013) Isomerization of Asp7 leads to increased toxic effect of amyloid-beta42 on human neuronal cells. Cell Death Dis 4, e939.

22 Al-Hilaly YK, Williams TL, Stewart-Parker M, Ford L, Skaria E, Cole M, Bucher WG, Morris KL,

Sada AA, Thorpe JR & Serpell LC (2013) A central role for dityrosine crosslinking of Amyloid-ß in Alzheimer's disease. ActaNeuropathol. Commun. 1, 83.

23 Cynis H, Frost JL, Crehan H & Lemere CA (2016) Immunotherapy targeting pyroglutamate-3 Aß:

prospects and challenges. Mol. Neurodegener. 11, 48.

24 Lee M-C, Yu W-C, Shih Y-H, Chen C-Y, Guo Z-H, Huang S-J, Chan JCC & Chen Y-R (2018)

Zinc ion rapidly induces toxic, off-pathway amyloid-ß oligomers distinct from amyloid-ß derived diffusible ligands in Alzheimer's disease. Sci. Rep. 8, 4772.

25 Frederickson CJ, Koh JY & Bush AI (2005) The neurobiology of zinc in health and disease. Nat

Rev Neurosci 6, 449-462.

26 Craddock TJA, Tuszynski JA, Chopra D, Casey N, Goldstein LE, Hameroff SR & Tanzi RE (2012)

The Zinc Dyshomeostasis Hypothesis of Alzheimer's Disease. PLoS ONE 7, e33552.

27 Tsvetkov PO, Kulikova AA, Golovin AV, Tkachev YV, Archakov AI, Kozin SA & Makarov AA

(2010) Minimal Zn(2+) binding site of amyloid-beta. Biophys J 99, L84-6.

28 Kozin SA, Mezentsev YV, Kulikova AA, Indeykina MI, Golovin AV, Ivanov AS, Tsvetkov PO &

Makarov AA (2011) Zinc-induced dimerization of the amyloid-beta metal-binding domain 116 is mediated by residues 11-14. MolBiosyst 7, 1053-5.

29 Kozin SA, Zirah S, Rebuffat S, Hoa GH & Debey P (2001) Zinc binding to Alzheimer's Abeta(1-

16) peptide results in stable soluble complex. Biochem Biophys Res Commun 285, 959-64.

30 Kozin SA, Cheglakov IB, Ovsepyan AA, Telegin GB, Tsvetkov PO, Lisitsa AV & Makarov AA

(2013) Peripherally Applied Synthetic Peptide isoAsp7-Aß(1-42) Triggers Cerebral ß-Amyloidosis. Neurotox. Res. 24, 370-376.

31 Tsvetkov PO, Popov IA, Nikolaev EN, Archakov AI, Makarov AA & Kozin SA (2008)

Isomerization of the Asp7 residue results in zinc-induced oligomerization of Alzheimer's disease amyloid beta(1-16) peptide. Chembiochem 9, 1564-7.

32 Kulikova AA, Tsvetkov PO, Indeykina MI, Popov IA, Zhokhov SS, Golovin AV, Polshakov VI,

Kozin SA, Nudler E & Makarov AA (2014) Phosphorylation of Ser8 promotes zinc-induced dimerization of the amyloid-ß metal-binding domain. Mol. Biosyst. 10, 2590-2596.

33 Istrate AN, Kozin SA, Zhokhov SS, Mantsyzov AB, Kechko OI, Pastore A, Makarov AA &

Polshakov VI (2016) Interplay of histidine residues of the Alzheimer's disease Aß peptide governs its Zn-induced oligomerization. Sci. Rep. 6, 21734.

34 Petrushanko IY, Mitkevich VA, Anashkina AA, Adzhubei AA, Burnysheva KM, Lakunina VA,

Kamanina YV, Dergousova EA, Lopina OD, Ogunshola OO, Bogdanova AY & Makarov AA (2016) Direct interaction of beta-amyloid with Na,K-ATPase as a putative regulator of the enzyme function. Sci. Rep. 6, 27738.

35 2016 Alzheimer's disease facts and figures (2016) Alzheimers Dement. 12, 459-509.

36 Terry RD & Katzman RK (1983) Senile dementia of the Alzheimer type. Ann. Neurol. 14, 497-

506.

37 Strassnig M & Ganguli M (2005) About a Peculiar Disease of the Cerebral Cortex. Psychiatry

Edgmont 2, 30-33.

38 Alzheimer A (1911) über eigenartige Krankheitsfälle des späteren Alters. Z. Für Gesamte Neurol.

Psychiatr. 4, 356.

39 Henderson VW & Finch CE (1989) The neurobiology of Alzheimer's disease. J. Neurosurg. 70,

335-353.

40 Boller F & Forbes MM (1998) History of dementia and dementia in history: An overview. J.

Neurol. Sci. 158, 125-133.

41 Dubois B, Feldman HH, Jacova C, Hampel H, Molinuevo JL, Blennow K, DeKosky ST, Gauthier

S, Selkoe D, Bateman R, Cappa S, Crutch S, Engelborghs S, Frisoni GB, Fox NC, Galasko D, Habert M-O, Jicha GA, Nordberg A, Pasquier F, Rabinovici G, Robert P, Rowe C, Salloway S, Sarazin M, Epelbaum S, de Souza LC, Vellas B, Visser PJ, Schneider L, Stern Y, Scheltens P

92

& Cummings JL (2014) Advancing research diagnostic criteria for Alzheimer's disease: the IWG-2 criteria. Lancet Neurol. 13, 614-629.

42 Roberts R & Knopman DS (2013) Classification and Epidemiology of MCI. Clin. Geriatr. Med. 29,

753-772.

43 Mitchell AJ & Shiri-Feshki M (2009) Rate of progression of mild cognitive impairment to dementia

- meta-analysis of 41 robust inception cohort studies. Acta Psychiatr. Scand. 119, 252-265.

44 Kantarci K, Weigand SD, Przybelski SA, Shiung MM, Whitwell JL, Negash S, Knopman DS,

Boeve BF, O'Brien PC, Petersen RC & Jack CR (2009) Risk of dementia in MCI. Neurology 72, 1519.

45 Wada H, Nakajoh K, Satoh-Nakagawa T, Suzuki T, Ohrui T, Arai H & Sasaki H (2001) Risk

Factors of Aspiration Pneumonia in Alzheimer's Disease Patients. Gerontology 47, 271-276.

46 Reiman EM, Quiroz YT, Fleisher AS, Chen K, Velez-Pardo C, Jimenez-Del-Rio M, Fagan AM,

Shah AR, Alvarez S, Arbelaez A, Giraldo M, Acosta-Baena N, Sperling RA, Dickerson B, Stern CE, Tirado V, Munoz C, Reiman RA, Huentelman MJ, Alexander GE, Langbaum JB, Kosik KS, Tariot PN & Lopera F (2012) Brain imaging and fluid biomarker analysis in young adults at genetic risk for autosomal dominant Alzheimer's disease in the presenilin 1 E280A kindred: a case-control study. Lancet Neurol. 11, 1048-1056.

47 Villemagne VL, Burnham S, Bourgeat P, Brown B, Ellis KA, Salvado O, Szoeke C, Macaulay SL,

Martins R, Maruff P, Ames D, Rowe CC & Masters CL (2013) Amyloid ß deposition, neurodegeneration, and cognitive decline in sporadic Alzheimer's disease: a prospective cohort study. Lancet Neurol. 12, 357-367.

48 Goedert M, Wischik CM, Crowther RA, Walker JE & Klug A (1988) Cloning and sequencing of

the cDNA encoding a core protein of the paired helical filament of Alzheimer disease: identification as the microtubule-associated protein tau. Proc. Natl. Acad. Sci. 85, 4051-4055.

49 Murphy MP & LeVine III H (2010) Alzheimer's Disease and the Amyloid-ß Peptide. J. Alzheimers

Dis. 19, 311-323.

50 Mann DM & Yates PO (1986) Neurotransmitter deficits in Alzheimer's disease and in other

dementing disorders. Hum. Neurobiol. 5, 147-158.

51 Reinikainen KJ, Soininen H & Riekkinen PJ (1990) Neurotransmitter changes in alzheimer's

disease: Implications to diagnostics and therapy. J. Neurosci. Res. 27, 576-586.

52 Contestabile A (2011) The history of the cholinergic hypothesis. Behav. Brain Res. 221, 334-340.

53 Davies P & Maloney AJF (1976) SELECTIVE LOSS OF CENTRAL CHOLINERGIC NEURONS

IN ALZHEIMER'S DISEASE. The Lancet 308, 1403.

54 Rylett RJ, Ball MJ & Colhoun EH (1983) Evidence for high affinity choline transport in

synaptosomes prepared from hippocampus and neocortex of patients with Alzheimer's disease. Brain Res. 289, 169-175.

55 Wilcock GK, Esiri MM, Bowen DM & Smith CCT (1982) Alzheimer's disease: Correlation of

cortical choline acetyltransferase activity with the severity of dementia and histological abnormalities. J. Neurol. Sci. 57, 407-417.

56 Kar S, Issa AM, Seto D, Auld DS, Collier B & Quirion R (1998) Amyloid ß-Peptide Inhibits High-

Affinity Choline Uptake and Acetylcholine Release in Rat Hippocampal Slices. J. Neurochem. 70, 2179-2187.

57 Auld DS, Kar S & Quirion R (1998) ß-Amyloid peptides as direct cholinergic neuromodulators: a

missing link? Trends Neurosci. 21, 43-49.

58 Whitehouse PJ, Martino AM, Marcus KA, Zweig RM, Singer HS, Price DL & Kellar KJ (1988)

Reductions in Acetylcholine and Nicotine Binding in Several Degenerative Diseases. Arch. Neurol. 45, 722-724.

59 Nordberg A, Alafuzoff I & Winblad B (1992) Nicotinic and muscarinic subtypes in the human

brain: Changes with aging and dementia. J. Neurosci. Res. 31, 103-111.

60 Hebert LE, Scherr PA, Bienias JL, Bennett DA & Evans DA (2003) Alzheimer Disease in the US

Population: Prevalence Estimates Using the 2000 Census. Arch. Neurol. 60, 1119-1122.

61 Barage SH & Sonawane KD (2015) Amyloid cascade hypothesis: Pathogenesis and therapeutic

strategies in Alzheimer's disease. Neuropeptides 52, 1-18.

62 Svendsen CN, Cooper JD & Sofroniew MV (1991) Trophic factor effects on septal cholinergic

neurons. Ann. N. Y. Acad. Sci. 640, 91-94.

63 O'Leary PD & Hughes RA (2003) Design of Potent Peptide Mimetics of Brain-derived

Neurotrophic Factor. J. Biol. Chem. 278, 25738-25744.

64 Jönhagen ME, Nordberg A, Amberla K, Bäckman L, Ebendal T, Meyerson B, Olson L, Seiger Ä,

Shigeta M, Theodorsson E, Viitanen M, Winblad B & Wahlund L-O (1998) Intracerebroventricular Infusion of Nerve Growth Factor in Three Patients with Alzheimer's Disease. Dement. Geriatr. Cogn. Disord. 9, 246-257.

65 Tuszynski MH, Thal L, Pay M, Salmon DP, U HS, Bakay R, Patel P, Blesch A, Vahlsing HL, Ho

G, Tong G, Potkin SG, Fallon J, Hansen L, Mufson EJ, Kordower JH, Gall C & Conner J (2005) A phase 1 clinical trial of nerve growth factor gene therapy for Alzheimer disease. Nat. Med. 11, 551-555.

66 Mangialasche F, Solomon A, Winblad B, Mecocci P & Kivipelto M (2010) Alzheimer's disease:

clinical trials and drug development. Lancet Neurol. 9, 702-716.

67 Tucker RP (1990) The roles of microtubule-associated proteins in brain morphogenesis: a review.

Brain Res. Rev. 15, 101-120.

68 Harada A, Oguchi K, Okabe S, Kuno J, Terada S, Ohshima T, Sato-Yoshitake R, Takei Y, Noda T

& Hirokawa N (1994) Altered microtubule organization in small-calibre axons of mice lacking tau protein. Nature 369, 488-491.

69 Neve RL, Harris P, Kosik KS, Kurnit DM & Donlon TA (1986) Identification of cDNA clones for

the human microtubule-associated protein tau and chromosomal localization of the genes for tau and microtubule-associated protein 2. Mol. Brain Res. 1, 271-280.

70 Andreadis A, Brown WM & Kosik KS (1992) Structure and novel exons of the human .tau. gene.

Biochemistry 31, 10626-10633.

71 Billingsley ML & Kincaid RL (1997) Regulated phosphorylation and dephosphorylation of tau

protein: effects on microtubule interaction, intracellular trafficking and neurodegeneration. Biochem. J. 323, 577-591.

72 Goedert M, Spillantini MG, Jakes R, Rutherford D & Crowther RA (1989) Multiple isoforms of

human microtubule-associated protein tau: sequences and localization in neurofibrillary tangles of Alzheimer's disease. Neuron 3, 519-526.

73 Ksiezak-Reding H, Liu W-K & Yen S-H (1992) Phosphate analysis and dephosphorylation of

modified tau associated with paired helical filaments. Brain Res. 597, 209-219.

74 Butler M & Shelanski ML (1986) Microheterogeneity of Micro tubule-Associated t Proteins Is Due

to Differences in Phosphorylation. J. Neurochem. 47, 1517-1522.

75 Mazanetz MP & Fischer PM (2007) Untangling tau hyperphosphorylation in drug design for

neurodegenerative diseases. Nat. Rev. DrugDiscov. 6, 464-479.

76 Köpke E, Tung YC, Shaikh S, Alonso AC, Iqbal K & Grundke-Iqbal I (1993) Microtubule-

associated protein tau. Abnormal phosphorylation of a non-paired helical filament pool in Alzheimer disease. J. Biol. Chem. 268, 24374-24384.

77 Roy S, Zhang B, Lee VM-Y & Trojanowski JQ (2005) Axonal transport defects: a common theme

in neurodegenerative diseases. Acta Neuropathol. (Berl.) 109, 5-13.

78 Haass C & Selkoe DJ (2007) Soluble protein oligomers in neurodegeneration: lessons from the

Alzheimer's amyloid beta-peptide. Nat Rev Mol Cell Biol 8, 101-12.

79 Lacor PN, Buniel MC, Chang L, Fernandez SJ, Gong Y, Viola KL, Lambert MP, Velasco PT,

Bigio EH, Finch CE, Krafft GA & Klein WL (2004) Synaptic Targeting by Alzheimer's-Related Amyloid ß Oligomers. J. Neurosci. 24, 10191 -10200.

80 D. Allan Butterfield & Aaron M. Swomley (2012) Amyloid ß-Peptide (1-42)-Induced Oxidative

Stress in Alzheimer Disease: Importance in Disease Pathogenesis and Progression. Antioxid. Redox Signal. 19, 823-835.

81 Dasuri K, Zhang L & Keller JN (2013) Oxidative stress, neurodegeneration, and the balance of

protein degradation and protein synthesis. Free Radic. Biol. Med. 62, 170-185.

82 Talantova M, Sanz-Blasco S, Zhang X, Xia P, Akhtar MW, Okamoto S -i., Dziewczapolski G,

Nakamura T, Cao G, Pratt AE, Kang Y-J, Tu S, Molokanova E, McKercher SR, Hires SA, Sason H, Stouffer DG, Buczynski MW, Solomon JP, Michael S, Powers ET, Kelly JW, Roberts A, Tong G, Fang-Newmeyer T, Parker J, Holland EA, Zhang D, Nakanishi N, Chen H-

95

SV, Wolosker H, Wang Y, Parsons LH, Ambasudhan R, Masliah E, Heinemann SF, Pina-Crespo JC & Lipton SA (2013) A induces astrocytic glutamate release, extrasynaptic NMDA receptor activation, and synaptic loss. Proc. Natl. Acad. Sci. 110, E2518-E2527.

83 Jin M, Shepardson N, Yang T, Chen G, Walsh D & Selkoe DJ (2011) Soluble amyloid beta-protein

dimers isolated from Alzheimer cortex directly induce Tau hyperphosphorylation and neuritic degeneration. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 108, 5819-24.

84 Hardy JA & Higgins GA (1992) Alzheimer's disease: the amyloid cascade hypothesis. Science 256,

184-185.

85 Braak H & Braak E (1991) Neuropathological stageing of Alzheimer-related changes. Acta

Neuropathol. (Berl.) 82, 239-259.

86 Serrano-Pozo A, Frosch MP, Masliah E & Hyman BT (2011) Neuropathological Alterations in

Alzheimer Disease. Cold Spring Harb. Perspect. Med. 1, a006189.

87 Shepherd C, McCann H & Halliday GM (2009) Variations in the neuropathology of familial

Alzheimer's disease. Acta Neuropathol. (Berl.) 118, 37-52.

88 Bateman RJ, Xiong C, Benzinger TLS, Fagan AM, Goate A, Fox NC, Marcus DS, Cairns NJ, Xie

X, Blazey TM, Holtzman DM, Santacruz A, Buckles V, Oliver A, Moulder K, Aisen PS, Ghetti B, Klunk WE, McDade E, Martins RN, Masters CL, Mayeux R, Ringman JM, Rossor MN, Schofield PR, Sperling RA, Salloway S & Morris JC (2012) Clinical and Biomarker Changes in Dominantly Inherited Alzheimer's Disease. N. Engl. J. Med. 367, 795-804.

89 Price JL & Morris JC (1999) Tangles and plaques in nondemented aging and "preclinical"

Alzheimer's disease. Ann. Neurol. 45, 358-368.

90 Elobeid A, Soininen H & Alafuzoff I (2012) Hyperphosphorylated tau in young and middle-aged

subjects. Acta Neuropathol. (Berl.) 123, 97-104.

91 West MJ, Coleman PD, Flood DG & Troncoso JC (1994) Differences in the pattern of hippocampal

neuronal loss in normal ageing and Alzheimer's disease. The Lancet 344, 769-772.

92 Gómez-Isla T, Price JL, Jr DWM, Morris JC, Growdon JH & Hyman BT (1996) Profound Loss of

Layer II Entorhinal Cortex Neurons Occurs in Very Mild Alzheimer's Disease. J. Neurosci. 16, 4491-4500.

93 Knopman DS, Parisi JE, Salviati A, Floriach-Robert M, Boeve BF, Ivnik RJ, Smith GE, Dickson

DW, Johnson KA, Petersen LE, McDonald WC, Braak H & Petersen RC (2003) Neuropathology of Cognitively Normal Elderly. J. Neuropathol. Exp. Neurol. 62, 1087-1095.

94 Petersen RC, Parisi JE, Dickson DW, Johnson KA, Knopman DS, Boeve BF, Jicha GA, Ivnik RJ,

Smith GE, Tangalos EG, Braak H & Kokmen E (2006) Neuropathologic Features of Amnestic Mild Cognitive Impairment. Arch. Neurol. 63, 665-672.

95 Ferreira A, Lu Q, Orecchio L & Kosik KS (1997) Selective Phosphorylation of Adult Tau Isoforms

in Mature Hippocampal Neurons Exposed to Fibrillar Aß. Mol. Cell. Neurosci. 9, 220-234.

96 Zempel H, Thies E, Mandelkow E & Mandelkow E-M (2010) Aß Oligomers Cause Localized Ca2+

Elevation, Missorting of Endogenous Tau into Dendrites, Tau Phosphorylation, and Destruction of Microtubules and Spines. J. Neurosci. 30, 11938-11950.

97 Rapoport M, Dawson HN, Binder LI, Vitek MP & Ferreira A (2002) Tau is essential to ß-amyloid-

induced neurotoxicity. Proc. Natl. Acad. Sci. 99, 6364-6369.

98 Götz J, Chen F, Dorpe J van & Nitsch RM (2001) Formation of Neurofibrillary Tangles in P301L

Tau Transgenic Mice Induced by Aß42 Fibrils. Science 293, 1491-1495.

99 Josephs KA, Whitwell JL, Weigand SD, Murray ME, Tosakulwong N, Liesinger AM, Petrucelli L,

Senjem ML, Knopman DS, Boeve BF, Ivnik RJ, Smith GE, Jack CR, Parisi JE, Petersen RC & Dickson DW (2014) TDP-43 is a key player in the clinical features associated with Alzheimer's disease. Acta Neuropathol. (Berl.) 127, 811-824.

100 Lippa CF, Fujiwara H, Mann DMA, Giasson B, Baba M, Schmidt ML, Nee LE, O'Connell B,

Pollen DA, St. George-Hyslop P, Ghetti B, Nochlin D, Bird TD, Cairns NJ, Lee VM-Y, Iwatsubo T & Trojanowski JQ (1998) Lewy Bodies Contain Altered a-Synuclein in Brains of Many Familial Alzheimer's Disease Patients with Mutations in Presenilin and Amyloid Precursor Protein Genes. Am. J. Pathol. 153, 1365-1370.

101 Roe CM, Fagan AM, Grant EA, Hassenstab J, Moulder KL, Dreyfus DM, Sutphen CL, Benzinger

TL s, Mintun MA, Holtzman DM & Morris JC (2013) Amyloid imaging and Csf biomarkers in predicting cognitive impairment up to 7.5 years later. Neurology 80, 1784-1791.

102 Chen X, Li M, Wang S, Zhu H, Xiong Y & Liu X (2014) Pittsburgh compound B retention and

progression of cognitive status - a meta-analysis. Eur. J. Neurol. 21, 1060-1067.

103 Henriksen K, O'Bryant SE, Hampel H, Trojanowski JQ, Montine TJ, Jeromin A, Blennow K,

Lönneborg A, Wyss-Coray T, Soares H, Bazenet C, Sjögren M, Hu W, Lovestone S, Karsdal MA & Weiner MW (2014) The future of blood-based biomarkers for Alzheimer's disease. Alzheimers Dement. 10, 115-131.

104 Kang J, Lemaire H-G, Unterbeck A, Salbaum JM, Masters CL, Grzeschik K-H, Multhaup G,

Beyreuther K & Müller-Hill B (1987) The precursor of Alzheimer's disease amyloid A4 protein resembles a cell-surface receptor. Nature 325, 733-736.

105 Priller C, Bauer T, Mitteregger G, Krebs B, Kretzschmar HA & Herms J (2006) Synapse

Formation and Function Is Modulated by the Amyloid Precursor Protein. J. Neurosci. 26, 7212-7221.

106 Satpute-Krishnan P, DeGiorgis JA, Conley MP, Jang M & Bearer EL (2006) A peptide zipcode

sufficient for anterograde transport within amyloid precursor protein. Proc. Natl. Acad. Sci. 103, 16532-16537.

107 Porayette P, Gallego MJ, Kaltcheva MM, Meethal SV & Atwood CS (2007) Amyloid-ß precursor

protein expression and modulation in human embryonic stem cells: A novel role for human chorionic gonadotropin. Biochem. Biophys. Res. Commun. 364, 522-527.

108 Turner PR, O'Connor K, Tate WP & Abraham WC (2003) Roles of amyloid precursor protein and

its fragments in regulating neural activity, plasticity and memory. Prog. Neurobiol. 70, 1-32.

109 Sobhanifar S, Schneider B, Löhr F, Gottstein D, Ikeya T, Mlynarczyk K, Pulawski W,

Ghoshdastider U, Kolinski M, Filipek S, Güntert P, Bernhard F & Dötsch V (2010) Structural investigation of the C-terminal catalytic fragment of presenilin 1. Proc. Natl. Acad. Sci. 107, 9644-9649.

110 Selkoe DJ (2001) Alzheimer's Disease: Genes, Proteins, and Therapy. Physiol. Rev. 81, 741-766.

111 Naslund J, Jensen M, Tjernberg LO, Thyberg J, Terenius L & Nordstedt C (1994) The Metabolic

Pathway Generating p3, an Aß-Peptide Fragment, Is Probably Non-Amyloidogenic. Biochem. Biophys. Res. Commun. 204, 780-787.

112 De Strooper B, Annaert W, Cupers P, Saftig P, Craessaerts K, Mumm JS, Schroeter EH,

Schrijvers V, Wolfe MS, Ray WJ, Goate A & Kopan R (1999) A presenilin-1-dependent y-secretase-like protease mediates release of Notch intracellular domain. Nature 398, 518-522.

113 Marambaud P, Shioi J, Serban G, Georgakopoulos A, Sarner S, Nagy V, Baki L, Wen P,

Efthimiopoulos S, Shao Z, Wisniewski T & Robakis NK (2002) A presenilin-1/y-secretase cleavage releases the E-cadherin intracellular domain and regulates disassembly of adherens junctions. EMBO J. 21, 1948-1956.

114 Lammich S, Okochi M, Takeda M, Kaether C, Capell A, Zimmer A-K, Edbauer D, Walter J,

Steiner H & Haass C (2002) Presenilin-dependent Intramembrane Proteolysis of CD44 Leads to the Liberation of Its Intracellular Domain and the Secretion of an Aß-like Peptide. J. Biol. Chem. 277, 44754-44759.

115 St George-Hyslop PH (2000) Molecular genetics of Alzheimer's disease. Biol. Psychiatry 47,

183-199.

116 Blennow K, Hampel H, Weiner M & Zetterberg H (2010) Cerebrospinal fluid and plasma

biomarkers in Alzheimer disease. Nat. Rev. Neurol. 6, 131-144.

117 Kokjohn TA, Van Vickle GD, Maarouf CL, Kalback WM, Hunter JM, Daugs ID, Luehrs DC,

Lopez J, Brune D, Sue LI, Beach TG, Castaño EM & Roher AE (2011) Chemical characterization of pro-inflammatory amyloid-beta peptides in human atherosclerotic lesions and platelets. Biochim. Biophys. Acta BBA - Mol. Basis Dis. 1812, 1508-1514.

118 Citron M, Oltersdorf T, Haass C, McConlogue L, Hung AY, Seubert P, Vigo-Pelfrey C,

Lieberburg I & Selkoe DJ (1992) Mutation of the ß-amyloid precursor protein in familial Alzheimer's disease increases ß-protein production. Nature 360, 672-674.

119 Herl L, Thomas AV, Lill CM, Banks M, Deng A, Jones PB, Spoelgen R, Hyman BT &

Berezovska O (2009) Mutations in amyloid precursor protein affect its interactions with presenilin/y-secretase. Mol. Cell. Neurosci. 41, 166-174.

120 Haass C, Hung AY, Selkoe DJ & Teplow DB (1994) Mutations associated with a locus for

familial Alzheimer's disease result in alternative processing of amyloid beta-protein precursor. J. Biol. Chem. 269, 17741-17748.

121 Chiti F, Stefani M, Taddei N, Ramponi G & Dobson CM (2003) Rationalization of the effects of

mutations on peptide andprotein aggregation rates. Nature 424, 805-808.

122 Lott IT & Head E (2005) Alzheimer disease and Down syndrome: factors in pathogenesis.

Neurobiol. Aging 26, 383-389.

123 Nistor M, Don M, Parekh M, Sarsoza F, Goodus M, Lopez GE, Kawas C, Leverenz J, Doran E,

Lott IT, Hill M & Head E (2007) Alpha- and beta-secretase activity as a function of age and beta-amyloid in Down syndrome and normal brain. Neurobiol. Aging 28, 1493-1506.

124 Iadanza MG, Jackson MP, Hewitt EW, Ranson NA & Radford SE (2018) A new era for

understanding amyloid structures and disease. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 19, 755-773.

125 Chiti F & Dobson CM (2006) Protein Misfolding, Functional Amyloid, and Human Disease.

Annu. Rev. Biochem. 75, 333-366.

126 Eisenberg D & Jucker M (2012) The Amyloid State of Proteins in Human Diseases. Cell 148,

1188-1203.

127 Warby SC, Montpetit A, Hayden AR, Carroll JB, Butland SL, Visscher H, Collins JA, Semaka A,

Hudson TJ & Hayden MR (2009) CAG Expansion in the Huntington Disease Gene Is Associated with a Specific and Targetable Predisposing Haplogroup. Am. J. Hum. Genet. 84, 351-366.

128 Prusiner SB, McKinley MP, Bowman KA, Bolton DC, Bendheim PE, Groth DF & Glenner GG

(1983) Scrapie prions aggregate to form amyloid-like birefringent rods. Cell 35, 349-358.

129 Chartier-Harlin M-C, Kachergus J, Roumier C, Mouroux V, Douay X, Lincoln S, Levecque C,

Larvor L, Andrieux J, Hulihan M, Waucquier N, Defebvre L, Amouyel P, Farrer M & Destee A (2004) a-synuclein locus duplication as a cause of familial Parkinson's disease. The Lancet 364, 1167-1169.

130 Valentine JS, Doucette PA & Zittin Potter S (2005) Copper-Zinc Superoxide Dismutase and

Amyotrophic Lateral Sclerosis. Annu. Rev. Biochem. 74, 563-593.

131 Westermark P, Andersson A & Westermark GT (2011) Islet Amyloid Polypeptide, Islet Amyloid,

and Diabetes Mellitus. Physiol. Rev. 91, 795-826.

132 Sanchorawala V (2006) Light-Chain (AL) Amyloidosis: Diagnosis and Treatment. Clin. J. Am.

Soc. Nephrol. 1, 1331-1341.

133 Koch KM (1992) Dialysis-related amyloidosis. Kidney Int. 41, 1416-1429.

134 Knowles TPJ, Vendruscolo M & Dobson CM (2014) The amyloid state and its association with

protein misfolding diseases. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 15, 384-396.

135 Sicorello A, Torrassa S, Soldi G, Gianni S, Travaglini-Allocatelli C, Taddei N, Relini A & Chiti F

(2009) Agitation and High Ionic Strength Induce Amyloidogenesis of a Folded PDZ Domain in Native Conditions. Biophys. J. 96, 2289-2298.

136 Glabe CG (2006) Common mechanisms of amyloid oligomer pathogenesis in degenerative

disease. Neurobiol. Aging 27, 570-575.

137 Ferrone F (1999) Analysis of protein aggregation kinetics. Methods Enzymol. 309, 256-274.

138 Meisl G, Kirkegaard JB, Arosio P, Michaels TCT, Vendruscolo M, Dobson CM, Linse S &

Knowles TPJ (2016) Molecular mechanisms of protein aggregation from global fitting of kinetic models. Nat. Protoc. 11, 252-272.

139 Linse S (2017) Monomer-dependent secondary nucleation in amyloid formation. Biophys. Rev. 9,

329-338.

140 Prusiner SB (2012) A Unifying Role for Prions in Neurodegenerative Diseases. Science 336,

1511-1513.

141 Aguzzi A, Baumann F & Bremer J (2008) The Prion's Elusive Reason for Being. Annu. Rev.

Neurosci. 31, 439-477.

142 Wadsworth J, Joiner S, Hill A, Campbell T, Desbruslais M, Luthert P & Collinge J (2001) Tissue

distribution of protease resistant prion protein in variant Creutzfeldt-Jakob disease using a highly sensitive immunoblotting assay. The Lancet 358, 171-180.

143 Masuda-Suzukake M, Nonaka T, Hosokawa M, Oikawa T, Arai T, Akiyama H, Mann DMA &

Hasegawa M (2013) Prion-like spreading of pathological a-synuclein in brain. Brain 136, 1128-1138.

144 Walker LC, Schelle J & Jucker M (2016) The Prion-Like Properties of Amyloid-ß Assemblies:

Implications for Alzheimer's Disease. Cold Spring Harb. Perspect. Med. 6, ao24398.

145 Bu X-L, Xiang Y, Jin W-S, Wang J, Shen L-L, Huang Z-L, Zhang K, Liu Y-H, Zeng F, Liu J-H,

Sun H-L, Zhuang Z-Q, Chen S-H, Yao X-Q, Giunta B, Shan Y-C, Tan J, Chen X-W, Dong Z-F, Zhou H-D, Zhou X-F, Song W & Wang Y-J (2018) Blood-derived amyloid-ß protein induces Alzheimer's disease pathologies. Mol. Psychiatry 23, 1948-1956.

146 Purro SA, Farrow MA, Linehan J, Nazari T, Thomas DX, Chen Z, Mengel D, Saito T, Saido T,

Rudge P, Brandner S, Walsh DM & Collinge J (2018) Transmission of amyloid-ß protein pathology from cadaveric pituitary growth hormone. Nature 564, 415-419.

147 Meyer-Luehmann M, Coomaraswamy J, Bolmont T, Kaeser S, Schaefer C, Kilger E,

Neuenschwander A, Abramowski D, Frey P, Jaton AL, Vigouret JM, Paganetti P, Walsh DM, Mathews PM, Ghiso J, Staufenbiel M, Walker LC & Jucker M (2006) Exogenous induction of cerebral beta-amyloidogenesis is governed by agent and host. Science 313, 1781-4.

148 Nelson PT, Alafuzoff I, Bigio EH, Bouras C, Braak H, Cairns NJ, Castellani RJ, Crain BJ, Davies

P, Tredici KD, Duyckaerts C, Frosch MP, Haroutunian V, Hof PR, Hulette CM, Hyman BT, Iwatsubo T, Jellinger KA, Jicha GA, Kövari E, Kukull WA, Leverenz JB, Love S, Mackenzie IR, Mann DM, Masliah E, McKee AC, Montine TJ, Morris JC, Schneider JA, Sonnen JA, Thal DR, Trojanowski JQ, Troncoso JC, Wisniewski T, Woltjer RL & Beach TG (2012) Correlation of Alzheimer Disease Neuropathologic Changes With Cognitive Status: A Review of the Literature. J. Neuropathol. Exp. Neurol. 71, 362-381.

149 Serra-Batiste M, Ninot-Pedrosa M, Bayoumi M, Gairi M, Maglia G & Carulla N (2016) Aß42

assembles into specific ß-barrel pore-forming oligomers in membrane-mimicking environments. Proc. Natl. Acad. Sci. 113, 10866-10871.

150 Evangelisti E, Cascella R, Becatti M, Marrazza G, Dobson CM, Chiti F, Stefani M & Cecchi C

(2016) Binding affinity of amyloid oligomers to cellular membranes is a generic indicator of cellular dysfunction in protein misfolding diseases. Sci. Rep. 6, 32721.

151 Pfefferkorn CM, Jiang Z & Lee JC (2012) Biophysics of a-synuclein membrane interactions.

Biochim. Biophys. Acta BBA - Biomembr. 1818, 162-171.

152 Tipping KW, van Oosten-Hawle P, Hewitt EW & Radford SE (2015) Amyloid Fibres: Inert End-

Stage Aggregates or Key Players in Disease? Trends Biochem. Sci. 40, 719-727.

153 Kollmer M, Meinhardt K, Haupt C, Liberta F, Wulff M, Linder J, Handl L, Heinrich L, Loos C,

Schmidt M, Syrovets T, Simmet T, Westermark P, Westermark GT, Horn U, Schmidt V, Walther P & Fändrich M (2016) Electron tomography reveals the fibril structure and lipid interactions in amyloid deposits. Proc. Natl. Acad. Sci. 113, 5604-5609.

154 Han S, Kollmer M, Markx D, Claus S, Walther P & Fändrich M (2017) Amyloid plaque structure

and cell surface interactions of ß-amyloid fibrils revealed by electron tomography. Sci. Rep. 7, 43577.

155 Cohen ML, Kim C, Haldiman T, ElHag M, Mehndiratta P, Pichet T, Lissemore F, Shea M, Cohen

Y, Chen W, Blevins J, Appleby BS, Surewicz K, Surewicz WK, Sajatovic M, Tatsuoka C, Zhang S, Mayo P, Butkiewicz M, Haines JL, Lerner AJ & Safar JG (2015) Rapidly progressive Alzheimer's disease features distinct structures of amyloid-ß. Brain 138, 1009-1022.

156 Qiang W, Yau W-M, Lu J-X, Collinge J & Tycko R (2017) Structural variation in amyloid-ß

fibrils from Alzheimer's disease clinical subtypes. Nature 541, 217-221.

157 Tipping KW, Karamanos TK, Jakhria T, Iadanza MG, Goodchild SC, Tuma R, Ranson NA,

Hewitt EW & Radford SE (2015) pH-induced molecular shedding drives the formation of amyloid fibril-derived oligomers. Proc. Natl. Acad. Sci. 112, 5691-5696.

158 Baumketner A, Bernstein SL, Wyttenbach T, Bitan G, Teplow DB, Bowers MT & Shea J-E

(2006) Amyloid ß-protein monomer structure: A computational and experimental study. Protein Sci. 15, 420-428.

159 Hepler RW, Grimm KM, Nahas DD, Breese R, Dodson EC, Acton P, Keller PM, Yeager M,

Wang H, Shughrue P, Kinney G & Joyce JG (2006) Solution State Characterization of Amyloid ß-Derived Diffusible Ligands. Biochemistry 45, 15157-15167.

160 Anderson AJ, Cummings BJ & Cotman CW (1994) Increased Immunoreactivity for Jun- and Fos-

Related Proteins in Alzheimer's Disease: Association with Pathology. Exp. Neurol. 125, 286295.

161 Estus S, Tucker HM, Rooyen C van, Wright S, Brigham EF, Wogulis M & Rydel RE (1997)

Aggregated Amyloid-ß Protein Induces Cortical Neuronal Apoptosis and Concomitant "Apoptotic" Pattern of Gene Induction. J. Neurosci. 17, 7736-7745.

162 Masliah E, Mallory M, Alford M, Tanaka S & Hansen LA (1998) Caspase Dependent DNA

Fragmentation Might Be Associated with Excitotoxicity in Alzheimer Disease. J. Neuropathol. Exp. Neurol. 57, 1041-1052.

163 Rohn TT, Head E, Nesse WH, Cotman CW & Cribbs DH (2001) Activation of Caspase-8 in the

Alzheimer's Disease Brain. Neurobiol. Dis. 8, 1006-1016.

164 Ivins KJ, Thornton PL, Rohn TT & Cotman CW (1999) Neuronal Apoptosis Induced by ß-

Amyloid Is Mediated by Caspase-8. Neurobiol. Dis. 6, 440-449.

165 Harada J & Sugimoto M (1999) Activation of caspase-3 in ß-amyloid-induced apoptosis of

cultured rat cortical neurons. Brain Res. 842, 311-323.

166 Pereira C, Santos MS & Oliveira C (1999) Involvement of Oxidative Stress on the Impairment of

Energy Metabolism Induced by Aß Peptides on PC12 Cells: Protection by Antioxidants. Neurobiol. Dis. 6, 209-219.

167 Pereira C, Santos MS & Oliveira C (1998) Mitochondrial function impairment induced by

amyloid ß-peptide on PC12 cells. NeuroReport 9, 1749.

168 Pereira C, Ferreiro E, Cardoso SM & de Oliveira CR (2004) Cell degeneration induced by

amyloid-ß peptides. J. Mol. Neurosci. 23, 97-104.

169 Nakagawa T, Zhu H, Morishima N, Li E, Xu J, Yankner BA & Yuan J (2000) Caspase-12

mediates endoplasmic-reticulum-specific apoptosis and cytotoxicity by amyloid-ß. Nature 403, 98-103.

170 Benilova I, Karran E & De Strooper B (2012) The toxic Aß oligomer and Alzheimer's disease: an

emperor in need of clothes. Nat. Neurosci. 15, 349-357.

171 Gouras GK, Tsai J, Naslund J, Vincent B, Edgar M, Checler F, Greenfield JP, Haroutunian V,

Buxbaum JD, Xu H, Greengard P & Relkin NR (2000) Intraneuronal Aß42 Accumulation in Human Brain. Am. J. Pathol. 156, 15-20.

172 Hellström-Lindahl E, Mousavi M, Zhang X, Ravid R & Nordberg A (1999) Regional distribution

of nicotinic receptor subunit mRNAs in human brain: comparison between Alzheimer and normal brain. Brain Res. Mol. Brain Res. 66, 94-103.

173 Wevers A, Monteggia L, Nowacki S, Bloch W, Schütz U, Lindstrom J, Pereira EF, Eisenberg H,

Giacobini E, de Vos RA, Steur EN, Maelicke A, Albuquerque EX & Schröder H (1999) Expression of nicotinic acetylcholine receptor subunits in the cerebral cortex in Alzheimer's disease: histotopographical correlation with amyloid plaques and hyperphosphorylated-tau protein. Eur. J. Neurosci. 11, 2551-2565.

174 Counts SE, He B, Che S, Ikonomovic MD, DeKosky ST, Ginsberg SD & Mufson EJ (2007) a7

Nicotinic Receptor Up-regulation in Cholinergic Basal Forebrain Neurons in Alzheimer Disease. Arch. Neurol. 64, 1771.

175 Clausen MV, Hilbers F & Poulsen H (2017) The Structure and Function of the Na,K-ATPase

Isoforms in Health and Disease. Front. Physiol. 8, 371.

176 Boutilier RG (2001) Mechanisms of cell survival in hypoxia and hypothermia. J. Exp. Biol. 204,

3171-3181.

177 Dickey CA, Gordon MN, Wilcock DM, Herber DL, Freeman MJ & Morgan D (2005)

Dysregulation of Na+/K+ ATPase by amyloid in APP+PS1 transgenic mice. BMC Neurosci. 6, 7.

178 Zhang L-N, Sun Y-J, Pan S, Li J-X, Qu Y-E, Li Y, Wang Y-L & Gao Z-B (2013) Na+-K+-

ATPase, a potent neuroprotective modulator against Alzheimer disease. Fundam. Clin. Pharmacol. 27, 96-103.

179 Kairane C, Mahlapuu R, Ehrlich K, Zilmer M & Soomets U (2014) The effects of different

antioxidants on the activity of cerebrocortical MnSOD and Na,K-ATPase from post mortem Alzheimer's disease and age-matched normal brains. Curr. Alzheimer Res. 11, 79-85.

180 Kreutz F, Scherer EB, Ferreira AGK, Petry FDS, Pereira CL, Santana F, de Souza Wyse AT,

Salbego CG & Trindade VMT (2013) Alterations on Na+,K+-ATPase and acetylcholinesterase activities induced by amyloid-ß peptide in rat brain and GM1 ganglioside neuroprotective action. Neurochem. Res. 38, 2342-2350.

181 Ohnishi T, Yanazawa M, Sasahara T, Kitamura Y, Hiroaki H, Fukazawa Y, Kii I, Nishiyama T,

Kakita A, Takeda H, Takeuchi A, Arai Y, Ito A, Komura H, Hirao H, Satomura K, Inoue M, Muramatsu S, Matsui K, Tada M, Sato M, Saijo E, Shigemitsu Y, Sakai S, Umetsu Y, Goda N, Takino N, Takahashi H, Hagiwara M, Sawasaki T, Iwasaki G, Nakamura Y, Nabeshima Y, Teplow DB & Hoshi M (2015) Na, K-ATPase a3 is a death target of Alzheimer patient amyloid-ß assembly. Proc. Natl. Acad. Sci. 112, E4465-E4474.

182 Townsend M, Shankar GM, Mehta T, Walsh DM & Selkoe DJ (2006) Effects of secreted

oligomers of amyloid ß-protein on hippocampal synaptic plasticity: a potent role for trimers. J. Physiol. 572, 477-492.

183 Saido TC, Yamao-Harigaya W, Iwatsubo T & Kawashima S (1996) Amino- and carboxyl-

terminal heterogeneity of ß-amyloid peptides deposited in human brain. Neurosci. Lett. 215, 173-176.

184 Roher AE, Lowenson JD, Clarke S, Wolkow C, Wang R, Cotter RJ, Reardon IM, Zürcher-Neely

HA, Heinrikson RL & Ball MJ (1993) Structural alterations in the peptide backbone of beta-amyloid core protein may account for its deposition and stability in Alzheimer's disease. J. Biol. Chem. 268, 3072-3083.

185 Schilling S, Zeitschel U, Hoffmann T, Heiser U, Francke M, Kehlen A, Holzer M, Hutter-Paier B,

Prokesch M, Windisch M, Jagla W, Schlenzig D, Lindner C, Rudolph T, Reuter G, Cynis H, Montag D, Demuth H-U & Rossner S (2008) Glutaminyl cyclase inhibition attenuates pyroglutamate Aß and Alzheimer's disease-like pathology. Nat. Med. 14, 1106-1111.

186 Henry W, Querfurth HW & LaFerla FM (2010) Mechanisms of disease Alzheimer's disease. New

Engl J Med 362, 329-44.

187 Fossati S, Todd K, Sotolongo K, Ghiso J & Rostagno A (2013) Differential contribution of

isoaspartate post-translational modifications to the fibrillization and toxic properties of amyloid

23

ß and the Asn Iowa mutation. Biochem. J. 456, 347-360.

188 Shimizu T, Watanabe A, Ogawara M, Mori H & Shirasawa T (2000) Isoaspartate formation and

neurodegeneration in Alzheimer's disease. Arch Biochem Biophys 381, 225-34.

189 Kuo Y-M, Webster S, Emmerling MR, De Lima N & Roher AE (1998) Irreversible

dimerization/tetramerization and post-translational modifications inhibit proteolytic degradation of Aß peptides of Alzheimer's disease. Biochim. Biophys. Acta BBA - Mol. Basis Dis. 1406, 291-298.

190 Nussbaum JM, Schilling S, Cynis H, Silva A, Swanson E, Wangsanut T, Tayler K, Wiltgen B,

Hatami A, Rönicke R, Reymann K, Hutter-Paier B, Alexandru A, Jagla W, Graubner S, Glabe CG, Demuth H-U & Bloom GS (2012) Prion-Like Behavior and Tau-dependent Cytotoxicity of Pyroglutamylated ß-Amyloid. Nature 485, 651-655.

191 Kummer MP, Hermes M, Delekarte A, Hammerschmidt T, Kumar S, Terwel D, Walter J, Pape H-

C, König S, Roeber S, Jessen F, Klockgether T, Korte M & Heneka MT (2011) Nitration of Tyrosine 10 Critically Enhances Amyloid ß Aggregation and Plaque Formation. Neuron 71, 833-844.

192 Indeykina MI, Popov IA, Kozin SA, Kononikhin AS, Kharybin ON, Tsvetkov PO, Makarov AA

& Nikolaev EN (2011) Capabilities of MS for Analytical Quantitative Determination of the Ratio of a- and ßAsp7 Isoforms of the Amyloid-ß Peptide in Binary Mixtures. Anal. Chem. 83, 3205-3210.

193 Barykin EP, Petrushanko IY, Burnysheva KM, Makarov AA & Mitkevich VA (2016)

[Isomerization of Asp7 increases the toxic effects of amyloid beta and its phosphorylated form in SH-SY5Y neuroblastoma cells]. Mol Biol Mosk 50, 863-869.

194 Toropygin IY, Kugaevskaya EV, Mirgorodskaya OA, Elisseeva YE, Kozmin YP, Popov IA,

Nikolaev EN, Makarov AA & Kozin SA (2008) The N-domain of angiotensin-converting enzyme specifically hydrolyzes the Arg-5-His-6 bond of Alzheimer's Abeta-(1-16) peptide and its isoAsp-7 analogue with different efficiency as evidenced by quantitative matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry. Rapid Commun Mass Spectrom 22, 231-9.

195 Zatsepina OG, Kechko OI, Mitkevich VA, Kozin SA, Yurinskaya MM, Vinokurov MG,

Serebryakova MV, Rezvykh AP, Evgen'ev MB & Makarov AA (2018) Amyloid-ß with isomerized Asp7 cytotoxicity is coupled to protein phosphorylation. Sci. Rep. 8, 3518.

196 Kumar S, Rezaei-Ghaleh N, Terwel D, Thal DR, Richard M, Hoch M, Mc Donald JM, Wullner U,

Glebov K, Heneka MT, Walsh DM, Zweckstetter M & Walter J (2011) Extracellular phosphorylation of the amyloid beta-peptide promotes formation of toxic aggregates during the pathogenesis of Alzheimer's disease. Embo J 30, 2255-65.

197 Kumar S (2011) Phosphorylation of amyloid beta (Aß) peptides - A trigger for formation of toxic

aggregates in Alzheimer's disease. Aging 3, 803-812.

198 Kumar S, Wirths O, Theil S, Gerth J, Bayer TA & Walter J (2013) Early intraneuronal

accumulation and increased aggregation of phosphorylated Abeta in a mouse model of Alzheimer's disease. Acta Neuropathol. (Berl.) 125, 699-709.

199 Jamasbi E, Separovic F, Akhter Hossain M & Donato Ciccotosto G (2017) Phosphorylation of a

full length amyloid-ß peptide modulates its amyloid aggregation, cell binding and neurotoxic properties. Mol. Biosyst. 13, 1545-1551.