figuur 4-14. Sectie van de cerebrale cortex van een patiënt met de ziekte van Alzheimer met neurofibrillaire kluwen (A) en neuritische plaque (B). De sectie werd verwerkt met bielsehowsky ‘ s vlek. (Met dank aan John M. Hardman.)

het belangrijkste bestanddeel van de extracellulaire plaques is amyloïd β-eiwit (Aß), dat tot 8 nm filamenten aggregeert. Aß is een peptide van 40 of 42 aminozuurresiduen en is proteolytisch afgeleid van een transmembraanglycoproteïne bekend als β-amyloid precursor protein (β APP). De enzymen die ßAPP aan Aß splitsen staan bekend als secretases. ßAPP wordt wijd uitgedrukt, in het bijzonder in hersenen, en zijn gen is gelokaliseerd aan chromosoom 21q. twee belangrijke observaties hebben in het begrijpen van de rol van Aß peptides in de pathologie van de ziekte van Alzheimer geholpen. De eerste is dat patiënten met het syndroom van Down trisomie 21 (d.w.z., drie chromosoom 21 ’s in plaats van twee), vertonen Aß deposito’ s, en de ontwikkeling van klassieke kenmerken van de ziekte van Alzheimer op de leeftijd 40 jaar of eerder. Ten tweede zijn verscheidene missense-mutaties in ßAPP geïdentificeerd in gevallen van autosomaal dominante ziekte van Alzheimer. Deze dominante mutaties in ßAPP hebben een negatief effect op de werking van secretases, hetzij door het verhogen van de absolute snelheid van Aß-excretie (n-terminale mutaties), hetzij door het verhogen van de verhouding Aß42 tot Aß40 (C-terminale mutaties).

erfelijke aandoeningen van de ziekte van Alzheimer vertegenwoordigen minder dan 1% van alle gevallen. De Aß peptides voegen zich samen om β-structuren te vormen die tot fibrillen leiden. De aß42 peptiden zijn neurotoxischer en veroorzaken toxische effecten door vele onderling verbonden mechanismen. Deze kunnen oxidatieve schade, veranderingen in intracellulaire Ca2+ homeostase, cytoskeletal reorganisatie, en acties door cytokines omvatten.

De intraneuronale klitten zijn bundels van lange gepaarde spiraalvormige filamenten die bestaan uit het microtubule-geassocieerde eiwit Tau. De normale functie van tau-eiwit is om microtubules in neuronen te stabiliseren door polymerisatie van tubuline te verbeteren. Normaal, is tau-eiwit oplosbaar; wanneer het echter overmatig gefosforyleerd is, verandert het in een onoplosbaar filamenteus polymeer. De dysregulatie van fosforylering/defosforylering werd toegeschreven aan een verhoogde activiteit van bepaalde kinasen en een verminderde activiteit van bepaalde fosfatasen. Terwijl plaques pathognomonic voor advertentie zijn, worden de kluwen gevonden in etiologisch verschillende neurologische ziekten. Aandoeningen van abnormale hyperfosforylatie en afwijkende aggregatie van tau-eiwit in fibrillaire polymeren staan bekend als taupathies. De voorbeelden van taupathies naast advertentie zijn progressieve supranucleaire verlamming, de ziekte van de oogst, corticobasal degeneratie, en frontotemporal dementie.

twee andere genen naast ßAPP zijn betrokken bij de vroege aanvang van autosomaal dominante vormen van de ziekte van Alzheimer. De andere twee veroorzakende genen bevinden zich op chromosomen 14 en 1 en coderen voor transmembraanproteïnspreseniline 1 (bestaande uit 467 aminozuurresiduen) en preseniline 2 (bestaande uit 448 aminozuurresiduen). Deze proteã nen worden samengesteld in neuronen maar hun functies zijn niet gekend. Nochtans, leiden de veranderingen in de presenilinegenen tot bovenmatige productie van aß42 peptides.

sporadische vormen van de ziekte van Alzheimer, die verantwoordelijk zijn voor 90% van alle gevallen, zijn complexe ziekten en kunnen de gecombineerde werking vertegenwoordigen van zowel omgevingsfactoren als genetische kenmerken die zich over een lange tijdsspanne manifesteren. Verschillende vormen van een polymorfisch gen voor apolipoproteïne E (apo E) dat op chromosoom 19 is zijn gevonden om in hogere frequentie in personen met de ziekte van Alzheimer voor te komen. Er zijn drie allelen van het APO E gen met zes combinaties: ε2/ ε2, ε3 / ε3, ε4/ε4, ε2/ε3, ε2/ε4 en ε3/ε4. Apo E is een lipidendragerproteã ne die hoofdzakelijk in de lever wordt gesynthetiseerd; nochtans wordt het ook gesynthetiseerd in astrocyten en neuronen. De functie van apo E-eiwitten in lipoproteïne metabolisme en hun relatie tot premature atherosclerose worden besproken in hoofdstuk 20.

van de verschillende genotypes voor apo E kan de verwerving van twee APO e ε4 allelen het risico op de ziekte van Alzheimer tot een factor acht doen toenemen. Elke kopie van het APO E-gen verhoogt het risico en verschuift het begin naar lagere leeftijden. Het biochemische mechanisme waardoor APO e ε4 eiwit deelneemt aan de vorming van klitten en plaques is onduidelijk. Verscheidene mechanismen zijn voorgesteld, namelijk, interactie met Tau proteã ne en generatie, en klaring van Aß peptides.

farmacologische therapie voor de ziekte van Alzheimer bestaat uit het corrigeren van het cholinerge tekort door toediening van acetylcholinesteraseremmers (bijv. tacrine, donepezil). Oestrogeentherapie bij vrouwen met de ziekte van Alzheimer is geassocieerd met betere cognitieve prestaties. Het gunstige effect van het oestrogeen kan aan cholinerge en neurotrophic acties toe te schrijven zijn. Andere therapeutische strategieën zijn gericht op het remmen of verminderen van de vorming van neurotoxische peptiden. Bovendien kunnen drugs die selectief de geaggregeerde peptiden verteren nuttig blijken. Een experimenteel vaccin dat AP-peptide bevat toegediend aan plaque-producerende muizen leidt tot minder plaque vorming in jongere muizen en het verdwijnen van plaques in de oudere muizen. De veranderingen in de plaquevorming bij muizen werden geassocieerd met behoud van geheugen en leervermogen. De vaccinatie leidde bij de proefdieren niet tot een auto-immuunrespons of toxische reactie. Deze studies hebben dus een impuls gegeven aan de ontwikkeling van een menselijk vaccin.

bij de evaluatie van een patiënt voor de ziekte van Alzheimer is het essentieel dat andere behandelbare oorzaken van dementie worden uitgesloten door het bepalen van kritische biochemische en klinische parameters. Enkele van de behandelbare, relatief veel voorkomende afwijkingen die dementie veroorzaken, zijn drugsmisbruik, elektrolytenonbalans, schildklierafwijkingen en vitamine B12-deficiëntie; minder voorkomende afwijkingen zijn tumor, beroerte, en Wernicke ‘ s encefalopathie.

Transthyretineamyloïdose (ook familiale amyloïde polyneuropathie genoemd) is een autosomaal dominant syndroom dat gekarakteriseerd wordt door perifere neuropathie. Deze ziekte is het resultaat van een van de vijf mutaties die tot nu toe in het gen voor transthyretine zijn geïdentificeerd. Transthyretin wordt ook genoemd prealbumin (hoewel het geen structureel verband met albumine heeft) omdat het vóór albumine in standaardelektroforese bij pH 8,6 migreert. Transthyretine wordt gesynthetiseerd in de lever en is een normaal plasma-eiwit met een concentratie van 20-40 mg/dL. Het vervoert thyroxine-en retinolbindend eiwit (hoofdstuk 38). De concentratie van transthyretine is significant verlaagd in ondervoeding en plasmaspiegels zijn diagnostisch voor aandoeningen van ondervoeding (hoofdstuk 17).

het gen voor transthyretine bevindt zich op chromosoom 18 en wordt op constitutieve wijze tot expressie gebracht. De primaire structuur van transthyretine bestaat uit 127 aminozuurresiduen en acht β-bladstructuren die in een antiparallelconstructie op parallelle vlakken worden gerangschikt (figuur 4-15).

figuur 4-15. De structuur van transthyretine. Het molecuul bevat acht antiparallel β-bundels (A-H) die in twee parallelle vlakken worden gerangschikt. De circulerende vorm van transthyretine is een tetrameer. Sommige veranderingen in het transthyretingen worden geassocieerd met amyloïdose en acht van de aminozuurveranderingen die deze ziekte veroorzaken zijn vermeld. In plasma is transthyretine een tetrameer dat bestaat uit identieke monomeren. Het blijkt dat mutaties ervoor zorgen dat het monomere uitgevouwen tussenproduct van transthyretine samenkomt tot een onoplosbare β-amyloïde fibrilvorming.

ongewone eiwitvouwstoornissen kunnen verantwoordelijk zijn voor een groep overdraagbare spongiforme encefalopathieën (TSE ‘ s) waarbij eiwitten prionen (PrP) worden genoemd. Deze aandoeningen, bekend als prionziekten, worden allemaal gekenmerkt door amyloïde afzetting in de hersenen van dieren en mensen. De klinische kenmerken omvatten neurologische symptomen met verlies van motorische controle, dementie, verlamming, en het verspillen. Incubatieperiodes voor prionziekten zijn maanden bij dieren en jaren bij mensen. Er zijn geen behandelingen beschikbaar voor een van deze ziekten. De TSE ‘ s komen in verscheidene species van dieren en mensen voor, en de dierlijke modellen zijn essentieel in het ontcijferen van de moleculaire basis van deze ziekten geweest. Voorbeelden van prionziekten die voorkomen bij dieren en mensen zijn::

Cats	:	transimissible feline encephalopathy
Cows	:	bovine spongiform encephalopathy (BSE)
Mink	:	transmissible mink encephalopathy
Mule deer and elk:	:	chronic wasting disease
Sheep	:	scrapie
Humans	:de ziekte van Creutzfeld-Jakob( CJD), Kuru, fatal-familial insomnia syndrome, en de ziekte van Gerstmann-Straussler-Schenker

TSEs kunnen erfelijke, infectieuze en sporadische verschijnselen vertonen. Bovendien kan de erfelijke ziekte ook besmettelijk zijn. CJD komt zowel voor als een erfelijke autosomale dominante aandoening als in een overdraagbare vorm. In de” alleen-eiwit ” – hypothese beïnvloedt het abnormale prioneiwit, dat uit externe bronnen wordt geïntroduceerd of door het gemuteerde prioneiwitgen wordt geproduceerd, de normale eiwitvouwing en verschuift het prioneiwitvouwen naar de vorming van abnormaal prioneiwit. De omzetting van het normale prioneiwit, waarvan de functie onbekend is, in een afwijkende vorm impliceert eerder een conformationele verandering dan een covalente wijziging. Het abnormale prionproteã ne functioneert als een zaad dat het normale cellulaire prionproteã NE naar de abnormale amyloidogene rijke proteã nen van de β-structuur induceert die kunnen worden vermeerderd en aan andere cellen worden overgebracht. De geaggregeerde vorm van prioneiwit die amyloïd vormt, is resistent tegen proteolyse.

de omzetting van natuurlijk voorkomend protease-gevoelig prioneiwit naar een protease-resistante vorm vindt in vitro plaats door de twee eiwitten te mengen. Deze protease-resistente prioneiwitten zijn echter niet besmettelijk. In de” alleen-eiwit ” – hypothese van prioninfectie is het verwerven van een abherrant-bevleesdheid dus niet voldoende voor de verspreiding van infectiviteit. Echter, in de gist (Saccharomyces cerevisiae) systeem, de abnormale prion vorm van de gistproteã ne, geïntroduceerd door liposoom fusie, is in staat om een self-propageren conformationele verandering van de normale eiwitten, die accumuleren als aggregaten zaad. De aggregaten zijn overdraagbaar op dochtergistcellen samen met de voortplanting van abnormaal fenotype.

onlangs heeft zich een ernstig volksgezondheidsprobleem voorgedaan door aan te tonen dat een prionziekte bij runderen soortbarrières kan overschrijden en mensen kan infecteren. Dit gebeurde toen runderen meel kregen dat was gemaakt van schapen die besmet waren met scrapie. Het vee ontwikkelde BSE (ook wel “gekkekoeienziekte”genoemd). Vervolgens, toen mensen met prion besmet rundvlees aten, ontwikkelde een klein aantal, voornamelijk in Groot-Brittannië, ongeveer vijf jaar later een variant van CJD (vCJD). De variant van CJD is een unieke vorm van prionziekte die voorkomt in een veel jongere populatie dan verwacht zou worden van erfelijke of sporadische CJD. Zowel BSE als vCJD hebben veel vergelijkbare pathologische kenmerken die wijzen op een etiologische link tussen menselijke vCJD en rundvee BSE.

het tumorontstoringseiwit p53 geeft nog een voorbeeld van eiwitmisfolding dat kan leiden tot pathologische effecten, in dit geval kanker (P is voor eiwit en 53 is voor zijn ongeveer molecuulgewicht van 53.000). Het gen voor p53 bevindt zich op de korte arm van chromosoom 17 (17 p) en codeert voor een 393-aminozuurfosfoproteïne. In vele kanker wordt het gen p53 gemuteerd en het gebrek aan normale proteã ne p53 is verbonden met de ontwikkeling van maar liefst 40% van menselijke kanker.

normale p53 functioneert als een tumorsuppressor en is een transcriptiefactor die normaal gesproken deelneemt aan de regulatie van verschillende genen die nodig zijn om de celgroei, DNA-herstel en apoptose (geprogrammeerde celdood) te controleren. Normaal p53 is een tetrameer en het bindt aan DNA op een opeenvolging-specifieke manier. Één van de p53-geregelde genen produceert een proteã ne die als p21 wordt bekend, die met de celcyclus door aan cyclin kinases te binden interfereert. Andere genen die door p53 worden geregeld zijn MDM2 en BAX. De vroegere gencodes voor een proteã ne die de actie van p53 door als deel van een regelgevend terugkoppelmechanisme te functioneren remt. De proteã ne die door het gen BAX wordt gemaakt wordt verondersteld om een rol in p53-veroorzaakte apoptosis te spelen.

De meeste mutaties van p53-genen zijn somatische missense-mutaties waarbij aminozuursubstituties in het DNA-bindingsdomein betrokken zijn. De mutantvormen van p53 zijn misfolded proteã nen met abnormale conformations en het onvermogen om aan DNA te binden, of zij zijn minder stabiel. Personen met het zeldzame syndroom van Li-Fraumeni (een autosomaal dominante eigenschap) hebben één gemuteerd p53-gen en één normaal p53-gen. Deze individuen hebben gevoeligheid voor vele kanker, zoals leukemie, borstcarcinomen, wekedelensarcomen, hersentumoren, en osteosarcomen verhoogd.

klinische studies zijn aan de gang om te onderzoeken of de introductie van normaal p53-gen in tumorcellen door middel van gentherapie (hoofdstuk 23) gunstige effecten heeft bij de behandeling van kanker. De vroege resultaten met p53 gentherapie wijzen erop dat het de tumor kan krimpen door apoptosis teweeg te brengen.