Strukturelle und funktionelle Analyse von Signalpeptidpeptidaseähnlicher (SPPL) Protease-vermittelter Intramembranproteolyse

Die Alzheimer-Krankheit (AK) ist die häufigste Form der senilen Demenz und ist charakterisiert durch einen progressiven und irreversiblen Verlust von Erinnerung und kognitiver Leistungs-fähigkeit. Charakteristisch für die Erkrankung sind amyloide Plaques und Neurofibrillen in Hirnproben von betroffenen Patienten. Amyloidplaques sind Aggregate der amyloid β-Peptide (Aβ) und die Entstehung dieser löst nach derzeitigem Kenntnisstand eine Kaskade molekularer Ereignisse aus, die letztlich zu neuronalem Zelltod und der klinischen Manifestierung der AK führen.
Aβ-Peptide werden durch schrittweise Proteolyse des amyloid precursor proteins (APP) generiert. Zunächst wird APP von der β-secretase BACE hydrolysiert und in einem Schritt werden Aβ-Peptide durch Intramembranprotelyse freigesetzt. Dieser Schritt wird vom so genannten γ-Sekretase-Komplex katalysiert. Preseniline (PS) sind die aktiven Proteine in diesem Komplex und gehören zu einer Familie von Intramembranproteolyse-vermittelnden Aspartylproteasen. Diese tragen ein GxGD-Motiv in ihrem aktiven Zentrum und umfassen außer den Presenilinen auch die Signalpeptidpeptidase (SPP) und SPP-ähnliche Proteasen (SPPLs). Angesichts der Rolle der γ-Sekretase bei der Entstehung der AK stellt diese Proteasefamile ein viel versprechendes therapeutisches Ziel dar.
Im Zuge dieser Arbeit soll die atomare Struktur von humanem SPPL3 mittels Röntgenkristallographie aufgeklärt werden. Dies wird Einblicke in katalytische und mechanistische Eigenschaften dieser Proteasefamilie ermöglichen und angesichts der Homologie zu PS wird dies besonders für die Wirkstoffentwicklung von großer Bedeutung sein. Außerdem sollen mittels Mutagenese die Determinanten der Substratselektivität dieser Familie untersucht werden. Sehr auffällig ist außerdem, dass PS, anders als SPP/SPPLs, nicht endoproteolysiert wird und diese Diskrepanz wird experimentell untersucht.
Diese Arbeit wird damit Einblicke in die grundsätzlichen Prinzipien der Intramembranproteolyse der GxGD Aspartylproteasen ermöglichen und wird damit zu unserem heutigen Verständnis der anfänglichen molekularen Ereignis der Entstehung von Morbus Alzheimer erheblich beitragen.

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