Zusammenfassung der Arbeit

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Zusammenfassung der Arbeit

Die Alzheimer Erkrankung ist die häufigste Form von Demenz bei älteren Menschen. Die Hauptkomponente der amyloiden Plaques im Gehirn von Alzheimer Patienten sind die Aβ Peptide, welche durch die Aktivität der g-Sekretase in den extrazellulären Raum gelangen. Die g-Sekretase ist ein multimerer Komplex von hohem Molekulargewicht und besteht aus den Untereinheiten Präsenilin (PS), Nicastrin, anterior pharynx-defective phenotype 1 (Aph1) und PS enhancer 2 (Pen2). In einer vorausgehenden Arbeit wurde ein Qualitätskontrollmechanismus für den Zusammenbau der g-Sekretase vorgeschlagen. Dieser Mechanismus basiert auf Retentionssignalen, welche die isolierten Untereinheiten und Zwischenformen des Zusammenbaus im endoplasmatischen Retikulum (ER) halten. Diese Signale werden im korrekt assemblierten Komplex inaktiviert und die g-Sekretase wird an die Plasmamembran und in die Endosomen transportiert, wo sie aktiv ist. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Belege für die vorgeschlagene Qualitätskontrolle beim Zusammenbau der g-Sekretase zu finden.
Der erste Schritt dieser Arbeit war die Identifizierung von ER Retentionssignalen in den verschiedenen Untereinheiten der g-Sekretase. Durch die Anwendung von Reporterproteinen konnten zwei neuartige ER Retentionssignale identifiziert werden, welche in der Transmembrandomäne (TMD) 4 von PS1 und der TMD1 von Pen2 liegen. Beide Signale basieren auf polaren Aminosäuren im hydrophoben Umfeld einer TMD. Das Signal in der Pen2-TMD1 trägt außerdem zur Stabilität von Pen2 bei. Die Mutagenese der zwei bekannten Retentionssignale in PS1 (TMD4 und TMD9) führte nicht zum Export von PS1 aus dem ER. Daher ist zu vermuten, dass es weitere Signale in PS1 gibt, entweder in den verbleibenden 7 TMD oder in den zytoplasmatischen Bereichen von PS1.
Der zweite Teil der vorliegenden Arbeit zielte auf die Identifizierung von Komponenten, welche die TMD-basierte ER Retention vermitteln. Retention in the ER 1 (Rer1) wurde als ein Protein identifiziert, das zur ER Retention von Pen2, jedoch nicht von PS1, beiträgt. Pen2 ist das erste bekannte Substrat von Rer1 in Säugetierzellen wobei Rer1 mit Pen2 durch die Bindung an die Pen2-TMD1 interagiert. Die Unabhängigkeit des Signals in der PS1-TMD4 von Rer1 impliziert, dass es weitere bisher unbekannte Mechanismen gibt, welche zur TMD-basierten ER Retention beitragen.
Als Drittes wurde ein Mechanismus aufgeklärt, durch welchen ER Retentionssignale in der assemblierten g-Sekretase inaktiviert werden. Ergebnisse von uns und anderen zeigten bereits, dass die Pen2-TMD1 und die PS1-TMD4 notwendig für die Interaktion von PS1 und Pen2 sind. Dementsprechend sind beide TMD bifunktional, da sie sowohl zu einer Protein-Protein Interaktion als auch zur ER Retention beitragen. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass diese Protein-Protein Interaktion zu einer Maskierung und somit zur Inaktivierung der Retentionssignale in beiden TMD führt. Auf diese Art und Weise sind beide Funktionen der TMD aneinander gekoppelt. Diese Kopplung kann von der ER Qualitätskontrolle genutzt werden, um den Prozess des Zusammenbaus der g-Sekretase zu überwachen. Höchstwahrscheinlich kann dieser Mechanismus für andere multimere Proteine wie Ionenkanäle und Rezeptoren an der Plasmamembran verallgemeinert werden.
Darüber hinaus wurde hier gezeigt, dass die stabile überexpression der PS1-TMD4 den beschriebenen Qualitätskontrollmechanismus stört und somit den Zusammenbau der g-Sekretase verhindert. Diese Beobachtung hebt die Rolle der TMD der g-Sekretase nochmals hervor. Zudem eröffnet sie eine Möglichkeit zur pharmakologischen Beeinflussung der g-Sekretase über ihre TMD, welche genutzt werden könnte, um dieses wichtige Enzym bei pathologischen Zuständen zu inhibieren.
 

 

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