Rolle von GGA-Proteinen und anderen Transportproteinen bei der APP-Prozessierung

Projektdetails:

Thematik: Grundlagenforschung
Förderstatus: abgeschlossen
Art der Förderung: Standard Projekt
Institution: Universität Ulm, Abteilung für Neurologie
Projektleiter: Prof. Dr. Christine von Arnim
Laufzeit: 01. November 2005 - 31. Oktober 2007
Fördersumme: 60.300 Euro
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Projektbeschreibung

Ein Kennzeichen der Alzheimer-Demenz (AD) sind Proteinablagerungen, sog. Plaques. Sie bestehen aus Aβ, welches aus dem Amyloid-Vorläufer-Protein (APP) von zwei ‚Schneide-Enzymen’, β-Sekretase (BACE) und γ-Sekretase freigesetzt wird. Neuere Daten lassen darauf schließen, dass Produktion, Entfernung und Ablagerung von Aß in hohem Maße vom genauen Ort der Entstehung innerhalb der Nervenzelle abhängen. Daher rückt die Untersuchung von Transportprozessen immer mehr ins Interesse der aktuellen Forschung. Eine Familie von Sortierproteinen, die GGA-Proteine, scheint bei AD eine komplexe Aufgabe beim Transport zu übernehmen. So ist bekannt, dass GGA1 mit BACE interagiert und dessen Verteilung in der Zelle beeinflusst. Dr. Christine von Arnim und ihre Gruppe haben vor kurzem gezeigt, dass diese Interaktion durch BACE-Phosphoylierung in der Zelle beeinflusst wird. Nun haben Sie festgestellt, dass die GGA1-Protein-Expression bei Alzheimer-Patienten verändert ist und dass APP selbst mit GGA1 interagiert.

Ziel dieser Studie ist die Erforschung der Rolle des Transports durch GGA-Proteine bei der APP-Prozessierung. Hierbei sollen die Regulation der GGA-APP-Interaktion und ihre funktionelle Auswirkung aufgeklärt werden.

Im ersten Schritt des Projektes soll ermittelt werden, wo genau in der Zelle APP und die verschiedenen Proteine der GGA-Familie interagieren. Als Methoden wird u.a. eine neuartige Mikroskop-Technik mit einer ausgezeichneten Auf­lösung, die Fluoreszenz-Lebensdauer-Mikroskopie (FLIM), verwendet. Im nächsten Schritt wird überprüft, ob bei dieser Interaktion andere, an APP-Prozessierung und/oder Transport beteiligte Proteine eine Rolle spielen. Des Weiteren wird an Zellkulturmodellen die Annahme überprüft, dass nicht nur die BACE-GGA-Interaktion, sondern auch die APP-GGA-Interaktion von einer Phosphorylierung abhängt. Zur Untersuchung der funktionellen Auswirkungen werden Veränderungen der verschiedenen APP-Spaltprodukte, die von den beiden Sekretasen generiert werden, erforscht. Dabei kommt auch ein Verfahren zur Inaktivierung von GGA-Proteinen mit kurzen interferie­renden Nukleinsäuren (RNAi) zum Einsatz.

Die bei dieser Studie gewonnenen Erkenntnisse sollen zum Verständnis der Rolle des intrazellulären Transports bei der Entstehung von AD beitragen und neue therapeutische Möglichkeiten für die Alzheimer-Behandlung und -Prophylaxe eröffnen.

Abschlussbericht

Bei der Alzheimer Demenz kommt es einhergehend mit der Beenträchtigung höherer Hirnfunktionsleistungen zu einer Fehlfunktion von Nervenzellen gefolgt vom Absterben der Nervenzellen. Ein zentraler Faktor dabei ist die Anreicherung von Amyloid β (Aβ). Aβ entsteht in komplexer räumlicher Abfolge durch Prozessierung des Amyloid-Precursor-Proteins (APP) mittels „molekularer Scheren“, so genannter Sekretasen. Transport- und Sortierungs-mechanismen innerhalb der Nervenzellen spielen dabei eine zentrale Rolle. Eine Familie von Sortierproteinen, die GGA-Proteine, scheint bei AD eine komplexe Aufgabe beim Transport zu übernehmen.

Zuerst haben wir dargestellt, dass alle drei GGA-Proteine in Gehirnen von Alzheimer Patienten vorkommen und bei Säugetieren zeitgleich mit beta-Sekretase hergestellt werden. Wir konnten zeigen, dass alle drei GGA-Proteine in lebenden Zellen mit beta-Sekretase in der Nähe des Zellkerns zusammenkommen.

Des weiteren haben wir die unterschiedlichen Auswirkungen der GGA-Proteine auf das Schneiden von APP untersucht und haben gesehen, dass alle drei GGAs zu einer Verminderung der Spaltprodukte außerhalb der Zelle führen. Wenn an GGA-Proteine Phosphatreste angehängt werden beeinträchtigt dies die Interaktion von GGAs mit beta-Sekretase, aber es scheint keinen unmittelbaren Einfluss auf die Produktion der APP-Spaltprodukte zu haben.

Diese Erkenntnisse tragen zum Verständnis der Rolle des intrazellulären Transports bei der Entstehung von Alzheimer Demenz bei und eröffnen neue therapeutische Möglichkeiten für die Alzheimer-Behandlung und -Prophylaxe.

Wissenschaftliche Publikationen auf Basis des geförderten Projekts

Thomas, A.V., Berezovska, O., Hyman, B.T., and Arnim, C.A. v. (2008). Visualizing interaction of proteins relevant to Alzheimer’s disease in intact cells. Methods, 44(4):299-303.

Von Arnim, C.A.F., Spoelgen, R., Peltan, I. D., Deng, M., Courchesne, S., Koker, M., Matsui, T., Kowa, H., Lichtenthaler, S. F., Irizarry, M. C. and Hyman, B. T. (2006). GGA1 acts as a spatial switch altering amyloid precursor protein trafficking and processing. J Neurosci, 26(39):9913-22.


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