Einfluss der APP-Dimerisierung auf die Aβ-Bildung

Projektdetails:

Thematik: Grundlagenforschung
Förderstatus: abgeschlossen
Art der Förderung: Pilot Projekt
Institution: Freie Universität Berlin, Fachbereich Biologie, Chemie, Pharmazie Institut für Chemie und Biochemie
Projektleiter: Dr. Lisa Münter
Laufzeit: 01. November 2008 - 31. Oktober 2010
Fördersumme: 36.000,00 Euro
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Projektbeschreibung

Die Alzheimer-Demenz (AD) wird durch Amyloid-ß-Peptide (Aß), dem Aß42, im Gehirn verursacht. Diese Peptide entstehen durch den Abbau des Vor­läuferproteins, doch die molekularen Mechanismen der Aß42-Bildung sind immer noch schwer fassbar. Das genaue Verständnis der Aß42-Produktion ist erforderlich, damit therapeutische Strategien zur Verminderung des Aß42-Spiegels und damit zum Schutz der Neuronen und zu einer an den Ursachen ansetzenden Verhinderung der AD erarbeitet werden können.

Zuvor haben Dr. Lisa Münter und ihre Gruppe an der Freien Universität Berlin bereits herausgefunden, dass die paarweise Verbindung von zwei Vorläufermolekülen auf Molekularebene in engem Zusammenhang mit der Bildung von Aß42 steht. Sie vermuten, dass diese Zweierverbindung die Entstehung der AD fördert. Zur Untersuchung dieser Hypothese will Münter einen klassischen biochemischen Ansatz nutzen. Sie wird bekannte Mutationen der vererbbaren Form der AD einsetzen und die Zweierverbindung hemmen. Wenn die Hypothese sich als richtig erweist, stellt die Kontaktstelle zwischen zwei Vorläufermolekülen einen neuen möglichen Ansatzpunkt für die Suche nach therapeutischen Arzneimitteln dar.

Zwischenbericht

In dem ersten Jahr unseres Projektes haben wir DNS-Konstrukte erzeugt, die es uns erlauben, in einem Zellkultursystem veränderte Amyloid-Vorläuferproteine zu bilden. Dabei haben wir bestimmte Mutationen ausgewählt, die uns letztlich Rückschlüsse auf den Mechanismus der Aß-Peptid Entstehung erlauben werden.

Wichtig bei der Erzeugung solcher Zelllinien ist, dass alle Proteine in einem vergleichbaren Maß gebildet werden. Wir haben eine Reihe von weiteren Kontrollen durchgeführt, um sicher sein zu können, dass wir mit den erzeugten Zelllinien unsere Analysen erfolgreich durchführen können. Wir haben bereits einige Daten zur Quantität und Qualität der erzeugten Aß Peptide aus den veränderten Vorläuferproteinen sammeln können jedoch sind diese Untersuchungen noch nicht abgeschlossen.

Die bisherigen Daten lassen jedoch vermuten, dass wie in der Projektbeschreibung postuliert, die paarweise Aneinanderlagerung der Vorläuferproteine tatsächlich eine zentrale Rolle in der Aß Entstehung spielt.

Zwischenbericht Jahr 2

In dem zweiten Jahr unseres Projektes haben wir die Auswertung der ersten SH-SY5Y Zelllinien, die Proteine mit familiären Mutationen der Alzheimer Krankheit überexprimieren, abgeschlossen.

Die Ergebnisse wurden in dem Fachjournal „Journal of Biological Chemistry“, 2010, Munter et al. (s.u.), veröffentlicht. Wir haben im Wesentlichen zwei Schlussfolgerungen aus unseren Experimenten ziehen können. Erstens konnten wir zeigen, dass der Aß Entstehung bei erblichen Formen der Krankheit unterschiedliche Mechanismen zu Grunde liegen, entgegen der Annahme, dass nur ein einziger Mechanismus für die erhöhte Aß Produktion verantwortlich ist.

Mehrere Ursachen können die Entstehung von toxischen Aß42 Molekülen bewirken. Zweitens konnten wir beweisen, dass die paarweise Aneinanderlagerung der Vorläuferproteine tatsächlich eine zentrale Rolle bei der Aß Entstehung spielt. Wenn man die paarweise Aneinanderlagerung durch künstliche Mutationen schwächt, dann kann die pathologische Entstehung der Aß Peptide verhindert werden, sogar in Gegenwart familiärer Mutationen. Dieser Befund bietet neue Ansätze für mögliche Therapien.

Abschlussbericht

Die Bildung von Amyloid-ß Peptiden ist ein physiologischer Vorgang, der jedoch bei kleinsten Änderungen zur Entstehung der Alzheimer Krankheit führen kann. Eine solche kleinste Änderung könnte die paarweise Aneinanderlagerung der Amyloid Vorläufer Moleküle, APP, sein. Um diese Idee zu bestätigen, war das Ziel dieses Projektes die paarweise Aneinanderlagerung unter „Härtebedingungen“ zu testen.

Dazu wurden zielgerichtet Proteine an einzelnen Aminosäuren verändert und systematisch kombiniert. Anhand der entstehenden Amyloid-ß Peptide aus Zellen, die die veränderten Proteine bilden, konnte abgeleitet werden, welche der Mutationen die Verstoffwechselung von APP dominiert. Wir konnten beweisen, dass die paarweise Aneinanderlagerung der Vorläuferproteine tatsächlich eine zentrale Rolle bei der Amyloid-ß Entstehung spielt. Unter den von uns erzeugten Härtebedingungen, also der Anwesenheit von erblichen Mutationen, die zur Alzheimer Krankheit führen, zeigte sich, dass eine Schwächung der paarweisen Aneinanderlagerung bei immerhin der Hälfte der Mutationsarten sich positiv auswirkt.

Wenn man die paarweise Aneinanderlagerung künstlich schwächt, kann die Entstehung pathologischer Amyloid-ß Peptide verhindert werden. Aus diesen Ergebnissen konnten wir Schlußfolgerungen zu den bislang unbekannten molekularen Mechanismen der beteiligten Enzyme ziehen und neue therapeutische Möglichkeiten erschließen.

Wissenschaftliche Publikationen auf Basis des geförderten Projekts

Oestereich, F., Bittner, H. J., Weise, C., Grohmann, L.,  Janke, L. K., Hildebrand, P. W., Multhaup, G., and  Munter, L. M. (2015) Impact of Amyloid Precursor Protein Hydrophilic Transmembrane Residues on Amyloid-Beta Generation. Biochemistry. 5;54(17):2777-84.

Munter, L.M. (2011). 6th Fabisch symposium for cancer research and molecular cell biology-enzymes in physiology and pathogenesis: signaling by secretases. Neurodegenerative Diseases, 8(1-2):41-3.

Munter, L.M., Botev, A., Richter, L., Hildebrand, P.W., Althoff, V., Weise, C., Kaden, D., Multhaup, G. (2010). Aberrant APP processing in hereditary forms of Alzheimer disease caused by APP-FAD mutations can be rescued by mutations in the APP GxxxG motif. Journal of Biological Chemistry, 285:21636-21643.



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Ein Moment wie ein heller Sonnenstrahl ...

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