Increased Apolipoprotein A-I produc2on improves MS-like - - PowerPoint PPT Presentation

Increased ¡Apolipoprotein ¡A-­‑I ¡ produc2on ¡improves ¡MS-­‑like ¡ symptoms ¡in ¡mice ¡ ¡

Lidia ¡Gardner, ¡Ph.D., ¡ ¡ Associate ¡Professor ¡ Department ¡of ¡Neurology ¡ University ¡of ¡Tennessee ¡Health ¡Science ¡Center ¡and ¡ ¡ VA ¡Medical ¡Center, ¡Memphis, ¡TN ¡ ¡

MS ¡is ¡a ¡disease ¡of ¡the ¡CNS ¡ ¡

MS ¡is ¡a ¡ MulDfaceted ¡ Disease ¡ ¡

NeurodegeneraDve ¡ Autoimmune ¡ DysfuncDons ¡in ¡lipid ¡ metabolism ¡

Analysis ¡of ¡human ¡plasma ¡by ¡ isoelectric ¡focusing ¡

pH 4.98 C pH pH 5.5 C pH Sypro Ruby

pH ¡5.0 ¡MS ¡ ¡ pH ¡5.0 ¡Control ¡ ¡ pH ¡5.6 ¡MS ¡ ¡ pH ¡5.6 ¡Control ¡

Spot ¡was ¡idenDfied ¡with ¡ MALDI-­‑TOF ¡as ¡Apo ¡A-­‑I ¡ with ¡98.7% ¡posiDvity ¡ ¡

What ¡connecDon ¡ApoA-­‑I ¡has ¡to ¡MS? ¡ ¡

– InhibiDon ¡of ¡adhesion ¡molecules ¡ICAM-­‑1 ¡and ¡ VCAM-­‑1 ¡that ¡assist ¡in ¡T-­‑cell ¡adhesion ¡and ¡ penetraDon ¡through ¡BBB ¡(Calabresi ¡et ¡al., ¡2001) ¡ – InhibiDon ¡of ¡cytokines ¡IL-­‑1B ¡and ¡TNF-­‑α ¡(Burger ¡and ¡

Dayer, ¡2002) ¡

– Improved ¡cogniDve ¡parameters ¡(Koutsis ¡et ¡al., ¡2009) ¡ – Apo ¡A-­‑I ¡is ¡a ¡serum ¡biomarker ¡for ¡MS ¡treatment ¡

(Gandhi, ¡2010) ¡

– ApoA-­‑I ¡coordinates ¡peripheral ¡and ¡CNS ¡lipid ¡ metabolic ¡systems ¡(Stukas ¡et.al., ¡2012) ¡ ¡

Apo ¡A-­‑I ¡is ¡an ¡anD-­‑inflammatory ¡ protein ¡

• Apo ¡A-­‑I ¡is ¡found ¡in ¡blood ¡and ¡other ¡Dssues ¡in ¡

humans ¡

• Apo ¡A-­‑I ¡reduces ¡inflammaDon ¡and ¡may ¡protect ¡

neurons ¡from ¡the ¡immune ¡a^ack ¡in ¡MS ¡

HDL ¡ T ¡cell ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Monocyte ¡

Apo ¡A1 ¡

Apolipoproteins ¡in ¡the ¡CNS ¡

Name ¡ Func2on ¡ Diseases ¡ Brain ¡ Apolipoprotein ¡A-­‑I ¡(Apo ¡A-­‑I) ¡ AnD-­‑inflammatory, ¡ immunosuppressive, ¡neuronal ¡ regeneraDon ¡ MS, ¡ ¡Alzheimer’s, ¡ArthriDs ¡ Apolipoprotein ¡E ¡(Apo ¡E) ¡ RegeneraDon ¡of ¡axons ¡and ¡ myelin ¡ MS, ¡Alzheimer's, ¡HunDngton, ¡ PD, ¡ALS ¡ Apolipoprotein ¡D ¡(Apo ¡D) ¡ ¡ Up-­‑regulated ¡during ¡cellular ¡ stress ¡ Schizophrenia, ¡bipolar ¡ Apolipoprotein ¡J ¡(Apo ¡J) ¡ Poorly ¡defined ¡funcDons ¡ Cerebrospinal ¡Fluid ¡ ¡ Apo ¡A-­‑ ¡I, ¡Apo ¡E, ¡Apo ¡J, ¡Apo ¡D, ¡Apo ¡A-­‑II, ¡Apo ¡A-­‑IV ¡

Apo ¡A-­‑I ¡expression ¡in ¡plasma ¡of ¡MS ¡ PaDents ¡ ¡

MS ¡type ¡ Mean ¡age ¡ EDSS ¡range ¡ Disease ¡dura2on ¡ ¡(range, ¡yrs.) ¡ RRMS ¡ ¡ n=5 ¡ 50.3 ¡ 1-­‑5.5 ¡ 5-­‑23 ¡ SPMS ¡ ¡ n=5 ¡ 50.8 ¡ 6-­‑8 ¡ 8-­‑33 ¡ PPMS ¡ ¡ n=5 ¡ 49.8 ¡ 6-­‑8 ¡ 3-­‑7 ¡ CONTROL ¡ ¡ n=5 ¡ 50 ¡ N/A ¡ N/A ¡

pH ¡4 ¡ pH ¡7 ¡

Control ¡ PPMS ¡

198 ¡ 10 ¡ 20 ¡ 98 ¡ 64 ¡ 50 ¡

Apo ¡A-­‑I ¡

2D ¡image ¡of ¡the ¡plasma ¡proteome ¡

¡1 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡3 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡4 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡5 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡

1 ¡ 2 ¡

CONTROL ¡ RRMS ¡ SPMS ¡ PPMS ¡ ¡ ¡ ¡Spot ¡3 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Spot ¡4 ¡

A ¡

5 1 3 2 4 ¡

Control ¡ RRMS ¡ ¡ ¡SPMS ¡ ¡PPMS ¡

Spot ¡ # ¡ ANOVA ¡ (p) ¡ Fold ¡ change ¡ Averaged ¡Normalized ¡Volumes ¡ ¡

CTRL ¡ ¡n=5 ¡ ¡*10 ¡8 ¡ RRMS ¡ n=5 ¡ *10 ¡8 ¡ SPMS ¡ n=5 ¡ *10 ¡8 ¡ PPMS ¡ n=5 ¡ *10 ¡8 ¡

3 ¡ 0.045 ¡ 2.1 ¡ 1.71 ¡ 1.34 ¡ 0.88 ¡ 0.82 ¡ 4 ¡ 0.050 ¡ 2.3 ¡ 5.17 ¡ 3.75 ¡ 2.65 ¡ 2.3 ¡

B ¡ C ¡

2-­‑D ¡quanDficaDon ¡of ¡Apo ¡A-­‑I ¡in ¡human ¡plasma ¡

Hypothesis: ¡will ¡lover ¡ApoA-­‑I ¡levels ¡ result ¡in ¡worse ¡EAE? ¡ ¡

C57BL/6J ¡ C57BL/6-­‑Tg(APOA1)1Rub/J ¡ ¡ Control ¡mouse ¡ Normal ¡plasma ¡ApoA1 ¡and ¡cholesterol ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Mice ¡carrying ¡the ¡human ¡apolipoprotein ¡ A1 ¡transgene ¡show ¡a ¡two ¡fold ¡increase ¡in ¡ total ¡plasma ¡cholesterol ¡levels ¡and ¡ greater ¡than ¡a ¡four ¡fold ¡decrease ¡in ¡the ¡ levels ¡of ¡mouse ¡ApoA-­‑I ¡protein. ¡ ¡ ¡ Experimental ¡Autoimmune ¡EncephalomyeliDs ¡(EAE) ¡is ¡induced ¡with ¡ ¡ MOG35-­‑55 ¡and ¡mice ¡are ¡scored ¡on ¡a ¡scale ¡1-­‑5 ¡starDng ¡at ¡day ¡14 ¡post-­‑injecDons ¡

WT ¡C57BL/6J ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡WT ¡C57BL/6J ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Apo ¡A-­‑I ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡

28kDA ¡

MWM ¡

Apo ¡A-­‑I ¡

A ¡ B ¡ C ¡

Serum ¡and ¡Dssue ¡Apo ¡A-­‑I ¡expression ¡in ¡mice ¡

Serum ¡ Brain ¡ Liver ¡ Spinal ¡cord ¡ Serum ¡ Brain ¡ Liver ¡ Spinal ¡cord ¡ C ¡

Experimental ¡Autoimmune ¡ EncephalomyeliDs ¡(EAE) ¡

C57BL/6-­‑Tg(APOA1)1Rub/J ¡ C57Blk/6J ¡

Day ¡17 ¡ ¡

EAE ¡mouse ¡model ¡of ¡MS ¡

Visual ¡Evoked ¡PotenDal ¡(VEP) ¡test ¡in ¡ EAE ¡mice ¡

15µV ¡

Myerers ¡et ¡al., ¡A ¡role ¡fro ¡Apolipoprotein ¡A-­‑I ¡in ¡the ¡pathogenesis ¡of ¡MulDple ¡Sclerosis. ¡2014 ¡Journal ¡of ¡

• Neuroimmunology. ¡

Histological ¡analysis ¡of ¡spinal ¡cord ¡

Apo ¡A-­‑I ¡

Fluoro ¡Jade ¡C-­‑ ¡marker ¡of ¡neuronal ¡degeneraDon ¡

0 ¡ 5 ¡ 10 ¡ 15 ¡ 20 ¡ 25 ¡

Cd25+ ¡ Foxp3+ ¡

ApoA1 ¡deficient ¡ C57BL/6J ¡ Naïve ¡ % ¡

0 ¡ 2 ¡ 4 ¡ 6 ¡ 8 ¡ 10 ¡ 12 ¡ 14 ¡ 16 ¡ 18 ¡ IL-­‑2 ¡ IL-­‑17A ¡ IL-­‑23 ¡ INFγ ¡ TNFα ¡ TGFß ¡

C57BL/6J ¡EAE ¡ Apo ¡A-­‑I ¡deficient ¡EAE ¡

pg/ml ¡ ** ¡ * ¡ * ¡ * ¡

Regulatory ¡T ¡cell ¡and ¡Cytokine ¡expression ¡ in ¡EAE ¡mice ¡

Neurodegenera2on ¡ PPARs ¡ HIF ¡ NF-­‑k-­‑ß ¡ ROS ¡ Hypoxia ¡ AutoanDbodies ¡ Lipid ¡metabolism ¡

Common ¡Pathways ¡of ¡Neuronal ¡degeneraDon ¡

Levin ¡et ¡al. ¡DegeneraDve ¡Neurological ¡and ¡Neuromuscular ¡Disease. ¡2014 ¡Dove ¡Press. ¡ ¡

Apoptosis ¡ Lipid ¡ metabolism ¡ OxidaDve ¡ stress ¡ InflammaDon ¡ Cell ¡proliferaDon ¡& ¡ differenDaDon ¡ Virtual ¡ hypoxia ¡ One-­‑carbon ¡ metabolism ¡ Angiogenesis ¡ PPARβ/δ ¡ RXR ¡ RXR ¡ RXR ¡ PPARα ¡ PPARγ ¡ Myelin ¡synthesis ¡ Integrity ¡of ¡the ¡ blood ¡brain ¡barrier ¡

PPARs ¡regulaDon ¡of ¡cellular ¡processes ¡

PPARs ¡act ¡as ¡transcripDon ¡factors ¡

PPARα ¡ PPARα ¡ Agonists ¡ ¡ ¡ Apo ¡A-­‑I ¡levels ¡ PPARα ¡ ¡ Antagonists ¡ Apo ¡A-­‑I ¡levels ¡

Importance ¡of ¡Apo ¡A-­‑I ¡in ¡ ¡ MS ¡mouse ¡model ¡

PPARα ¡agonist ¡

EAE ¡ ¡No ¡EAE ¡ ¡ Regular ¡or ¡ ¡ classic ¡EAE ¡ EAE ¡+ ¡ ¡GW ¡3965 ¡

3-­‑[3-­‑[N-­‑(2-­‑Chloro-­‑3-­‑trifluoromethylbenzyl)-­‑(2,2-­‑ diphenylethyl)amino]propyloxy]phenylaceDc ¡ ¡ acid ¡hydrochloride ¡

Preliminary ¡results ¡of ¡the ¡pilot ¡study ¡

Control ¡ Classical ¡EAE ¡ EAE+ ¡GW3965 ¡

Average ¡ ¡ EAE ¡Score ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡0 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2.5 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡1.5 ¡ ¡ Disease ¡ ¡ incidence ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡0/5 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡4/5 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2/5 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Day ¡24 ¡post-­‑inducDon ¡

Increased ¡A-­‑I ¡levels ¡in ¡sera ¡resulted ¡in ¡ lower ¡EAE ¡scores ¡

Lipoproteins ¡in ¡health ¡and ¡disease ¡

Lipoproteins: ¡Role ¡in ¡health ¡and ¡disease. ¡2012 ¡Sena ¡et ¡al., ¡Book ¡Chapter ¡23. ¡Intech. ¡ ¡

Salk ¡InsDtute ¡ Memphis ¡VAMC ¡ Paul ¡Sawchenko, ¡Ph.D. ¡

Research ¡supported ¡by: ¡ Na:onal ¡MS ¡Society ¡(LAG) ¡ VA ¡Merit ¡Review ¡Award ¡(MCL) ¡ NIH ¡Student ¡Training ¡Grant ¡ UTHSC ¡MS ¡Research ¡Fund ¡ ¡(Lindsay ¡Meyers) ¡

24 ¡

MS ¡Centers ¡of ¡Excellence ¡ VA ¡BalDmore ¡ Walter ¡Royal, ¡M.D. ¡ Michael ¡Levin, ¡M.D. ¡ Sangmin ¡Lee, ¡Ph.D. ¡ Joshua ¡Douglas, ¡B.S. ¡ Chassidy ¡Groover, ¡B.S. ¡ Lindsay ¡Meyers, ¡B.S. ¡ Dom ¡Desiderio, ¡Ph.D. ¡ Ivan ¡Gerling, ¡Ph.D. ¡ ¡ ¡ UTHSC ¡