The physiological role of APP in the activation of neuroprotective signaling mechanisms

Accumulating evidence indicates that loss of physiological amyloid precursor protein (APP) function leads to enhanced susceptibility of neurons to cellular stress during brain aging. This study investigated the neuroprotective function of the soluble APP ectodomain sAPPα. Recombinant sAPPα protected primary hippocampal neurons and neuroblastoma cells from cell death induced by trophic factor deprivation. This protective effect was abrogated in APP-depleted neurons, but not in APLP1-, APLP2- or IGF1-R-deficient cells, indicating that expression of holo-APP is required for sAPPα-dependent neuroprotection. Strikingly, recombinant sAPPα, APP-E1 domain and the copper-binding growth factor-like domain (GFLD) of APP were able to stimulate PI3K/Akt survival signaling in different wildtype cell models, but failed in APP-deficient cells. An ADAM10 inhibitor blocking endogenous sAPPα secretion exacerbated neuron death in organotypic hippocampal slices subjected to metabolic stress, which could be rescued by exogenous sAPPα. Interestingly, sAPPα-dependent neuroprotection was unaffected in neurons of APP-ΔCT15 mice which lack the intracellular C-terminal YENPTY motif of APP. In contrast, sAPPα-dependent Akt signaling was completely abolished in APP mutant cells lacking the C-terminal G-protein interaction motif and by specifically blocking Gi/o-dependent signaling with pertussis toxin. Collectively, the present thesis provides new mechanistic insights into the physiological role of APP: the data suggest that cell surface APP mediates sAPPα-induced neuroprotection via Go-protein-coupled activation of the Akt pathway.Eine zunehmende Zahl an Studien zeigt, dass der Verlust der physiologischen Funktion des Amyloid-Vorläufer-Proteins (APP) entscheidend zur erhöhten Sensitivität von Neuronen gegenüber Stressbedingungen während der Hirnalterung beitragen kann. Für diese Arbeit wurde die neuroprotektive Funktion der löslichen APP-Ektodomäne sAPPα untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass rekombinantes sAPPα dem durch Entzug tropher Faktoren induzierten Zelltod in primären hippokampalen Neuronen sowie in Neuroblastomzellen entgegenwirkt. Dieser protektive Effekt war im Gegensatz zu APLP1-, APLP2- oder IGF1-R-defizienten Modellen in APP-knockout-Zellen nicht festzustellen, was für die Notwendigkeit einer Expression von holo-APP für die sAPPα-abhängige Neuroprotektion spricht. Rekombinantes sAPPα, APP-E1 und die kupferbindende growth factor-like domain (GFLD) von APP konnten den PI3K/Akt-Überlebenssignalweg in verschiedenen Wildtyp-Zellmodellen stimulieren, wohingegen in APP-defizienten Zellen keine Aktivierung zu beobachten war. Ein ADAM10-Inhibitor, der die Sekretion von endogenem sAPPα inhibiert, steigerte den neuronalen Zelltod in organotypischen hippokampalen Schnittkulturen, die metabolischem Stress ausgesetzt waren. Dieser Effekt konnte durch die Gabe von exogenem sAPPα rückgängig gemacht werden. Die sAPPα-vermittelte Neuroprotektion war in Neuronen aus APP-ΔCT15-Mäusen, denen das C-terminale YENPTY-Motiv von APP fehlte, unverändert. Dagegen wurde der sAPPα-abhängige Akt-Signalweg in APP-mutierten Zellen ohne das C-terminale G-Protein-Interaktionsmotiv oder durch Blockierung der Gi/o-abhängigen Signalweiterleitung mit Pertussistoxin vollständig unterdrückt. Zusammenfassend bietet diese Arbeit neue mechanistische Erkenntnisse zur physiologischen Rolle von APP: Die Daten legen nahe, dass membranständiges APP die sAPPα-induzierte Neuroprotektion durch Go-Protein-gekoppelte Aktivierung des Akt-Signalwegs vermittelt