Kurzfassung

Zunehmende Hinweise deuten darauf hin, dass die vermehrte Produktion und Aggregation des Amyloid-beta (Aβ) Peptids eine kausale Rolle beim Beginn und der Progression der Alzheimer Demenz spielt. Das Aβ-Peptid wird enzymatisch durch sequentielle Spaltungen des Amyloid Vorläufer Proteins (APP) mit Hilfe der β-Sekretase sowie dem γ-Sekretase-Komplex erzeugt. Folglich haben Strategien und Mechanismen, welche zur Modulation der Aβ-Generierung führen, zunehmend an Bedeutung in der Alzheimer...
Zunehmende Hinweise deuten darauf hin, dass die vermehrte Produktion und Aggregation des Amyloid-beta (Aβ) Peptids eine kausale Rolle beim Beginn und der Progression der Alzheimer Demenz spielt. Das Aβ-Peptid wird enzymatisch durch sequentielle Spaltungen des Amyloid Vorläufer Proteins (APP) mit Hilfe der β-Sekretase sowie dem γ-Sekretase-Komplex erzeugt. Folglich haben Strategien und Mechanismen, welche zur Modulation der Aβ-Generierung führen, zunehmend  an Bedeutung in der Alzheimer Forschung gewonnen. Kürzlich konnten wir eine physiologisch relevante Interaktion zwischen der Metalloprotease Meprin β, einem Mitglied der Zink Astacin-Endopeptidasen und APP, mit Hilfe von massenspektrometrischen Proteomics-Analysen identifizieren. Mit Hilfe biochemischer Untersuchungen konnten wir zeigen, dass Meprin β in der Lage ist, N-terminale APP-Fragmente unterschiedlicher Länge, sowohl in-vitro als auch in-vivo zu generieren, wenn es zusammen mit APP überexprimiert wird. Weiterhin deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass Membran-gebundenes Meprin β eine β-Sekretase (BACE) Aktivität besitzt, was wir anhand Zellkultur-basierter Experimente in BACE1/2-Knockout Zellen bestätigen konnten.
In der Folgenden Arbeit soll nun das proteolytische Netzwerk zwischen APP und der Metalloprotease Meprin β näher charakterisiert werden, wobei vor allem die Erzeugung von Aβ-Peptiden unter Verwendung geeigneter Zellkultur-sowie Maus-Modelle untersucht werden soll. Zunächst werden wir die Lokalisierung und proteolytische Aktivität von Meprin β in neuronalen Zellen im Hinblick auf APP-Prozessierung analysieren. Dabei sollen zum einen Immunfärbungen mit Hilfe spezifischer Antikörper sowie Life Cell Imaging Untersuchungen mit split GFP-Konstrukten, mittels konfokaler Mikroskopie, durchgeführt werden. In diesem Zusammenhang wollen wir auch die verschiedenen Membran-Lipid-Zusammensetzungen untersuchen, welche möglicherweise die Aβ-Produktion durch Meprin β beeinflussen. Hierzu werden wir Meprin β über einen Glycosylphosphatidylinositol (GPI)-Anker in lipidreiche Mikrodomänen (lipid-rafts) lokalisieren, was wir mit Hilfe von Dichtegradientenzentrifugation überprüfen werden. Weiterhin soll untersucht werden, ob Meprin β möglicherweise die ersten zwei Aminosäuren der Aβ-Sequenz so prozessiert, dass aminoterminal einen Glutamatrest freigesetzt wird, welcher nachfolgend durch die Glutaminylzyklase in ein Pyroglutamat zykliert werden kann. Aufgrund einer erhöhten Hydrophobizität weisen diese Peptide eine höhere Tendenz zur Aggregation auf und somit eine erhöhte Toxizität. Bis heute konnte noch keine Protease identifiziert werden, welche diese Schnittstelle prozessiert. Zusammenfassendes Ziel des Projekts ist es, die Rolle und das amyloidogene Potential von  Meprin β innerhalb der Alzheimer Krankheit zu charakterisieren.

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