Regulierung des APP-, APLP1- und APLP2-Transports

Projektdetails:

Thematik: Grundlagenforschung
Förderstatus: abgeschlossen
Art der Förderung: Standard Projekt
Institution: Universität Heidelberg, Zentrum für Molekulare Biologie
Projektleiter: Prof. Dr. Stefan Kins
Laufzeit: 01. November 2003 - 31. Oktober 2005
Fördersumme: 59.000,00 Euro
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Projektbeschreibung

Eines der wichtigsten Merkmale der Alzheimer-Demenz (AD) ist die Ablagerung von  Amyloid-Plaques im Gehirn. Hauptbestandteile der Amyloid-Plaques sind Beta-Amyloid- (Abeta) Peptide, die durch proteolytische Spaltung des Amyloid Precursor Proteins (APP) entstehen. Es konnte nachgewiesen werden, dass APP in verschiedenen subzellulären Membrankompartimenten unterschiedlich gespalten wird und damit die Produktion von Abeta von der subzellulären Lokalisation des APP abhängt.

Im Rahmen dieser Studie will Dr. Stefan Kins, Zentrum für Molekulare Biologie Heidelberg, Universität Heidelberg, die Regulierung des APP-Transports in Neuronen und deren Einfluss auf die APP-Spaltung untersuchen. Durch diese Unter­suchungen soll der Einfluss von APP-Liganden sowie der Phosphorylierung auf den subzellulären Transport von APP, APLP1 und APLP2 aufgeklärt werden. Des Wei­teren wird der Einfluss auf die APP-, APLP1- und APLP2- Spaltung und damit die Herstellung von Abeta bestimmt.

Durch einen veränderten Transport kann es zu einer Fehllokalisation von APP kommen, die zu einer längeren Verweildauer von APP und den APP-spaltenden Proteasen in gemeinsamen subzellulären Kompartimenten führen. Das wiederum kann zu einer übermäßigen Abeta-Produktion und schließlich zur AD führen. Daher ist die Aufklärung der Molekularmechanismen, die dem APP-Transport zu Grunde liegen und diesen regulieren, von größter Bedeutung. Auf Grund dieser Erkenntnisse können in der Folge neue Behandlungsstrategien für die Alzheimer-Krankheit entwickelt werden.

Abschlussbericht

In this study we analysed the influence of the Amyloid precursor protein (APP) interacting proteins on APP function, trafficking and processing in neuronal cells.

Firstly, we examined the proposed interaction of APP, APLP1 and APLP2 with conventional kinesin. Previous studies reported that the cytoplasmic domain of APP exhibits high affinity binding with kinesin light chain (KLC). In context of this research project we provide evidence from GST-pull down analyses and co-immunoprecipitation studies that KLC does not interact directly with the cytoplasmic tail of APP, APLP1 or APLP2. Further, quantitative confocal analyses revealed that mutant APP lacking the APP intracellular domain were sorted, similar to wildtyp APP, to both, axons and dendrites. Thus, the intracellular domain and cytosolic interaction partners of APP/APLPs are not essential to mediate polarized transport in neurons. As the sorting of APP and APLP2 depend in non neuronal cells on the presence of the basolateral sorting signal in the intracellular domain, these data suggest that the molecular mechanisms regulating the polarized transport of APP are different in neuronal and non-neuronal cells. Secondly, we included in our study the putative influence of APLP1 and APLP2 on APP function. We could show that APP, APLP1 and APLP2 exist in a common complex. Interestingly, we observed that especially high molecular weight forms of APP/APLPs were incorporated in a common complex. As these forms are known to accumulate at the cell surface and as APP/APLPs have structural similarities to cell adhesion molecules, we decided to investigate the putative function of APP/APLPs in cell-cell contact formation. Using different cellular assays we provide evidence for the hypothesis that APP, APLP1 and APLP2 form trans-dimers, triggering cell-cell contacts. In following studies we will determine the influence of APP/APLPs dimerization on APP transport and processing.

Finally, we investigated in context of this research project the influence of PAT1a on APP processing. Changes of the PAT1a expression levels revealed that PAT1a gene silencing causes a decrease of sAPP secretion, less production of membrane retained carboxyl terminal fragments (CTFs) and reduced Aβ generation, whereas cells overexpressing PAT1a produced elevated levels of sAPP, CTFs and Aβ. Remarkably, PAT1a affected α- and β- cleaved CTFs to a similar extent, suggesting that PAT1a does not affect α - or β-secretase activities, but more likely influences the subcellular targeting of APP/APLPs.

Together our data show that APP processing and transport is cell type specific and that it is affected by intracellular ligands, such as PAT1a. Further we provide evidence for a putative regulatory role of APLP1 and APLP2 on APP trafficking and proteolytic cleavage. This will hopefully allow the development of novel strategies for the treatment of AD.

Wissenschaftliche Publikationen auf Basis des geförderten Projekts

Kuan, Y.-H., Grübl, T., Soba, P., Eggert, S., Nesic, I., Kirsch, J., Beyreuther, K., Kins, S.  (2006). The processing and anterograde transport of APP, APLP1 and APLP2 is affected by the carboxyl-terminal binding partner PAT1a. J. Biol. Chem., 281(52):40114-23.

Soba, P., Eggert, S., Zentgraf, H., Kreger, S., Löwer, A., Merdes, G., Paro, R., Masters, C.L. Müller, U., Beyreuther, K., Kins, S. (2005). Homo- and heterodimerization of APP family members promotes intercellular adhesion. EMBO J., 24:3624-36.

Lazarov, O., Morfini, G.A., Szodorai, A., Kins, S., Lee, V., Trojanowski, J., Price, D., Brady, S.T., Sisodia, S.S. (2005). Axonal Transport, APP, Kinesin and the Processing Apparatus: Revisited. J. Neurosci., 25:2386-95.


Forschersteckbrief:

Prof. Dr. Stefan Kins

Jahrgang:
1968
Alzheimer-Forscher seit:
2000
Geburtsort:
Wiesbaden
Familienstand:
verheiratet
Bild

Ich bin Alzheimer-Forscher, weil...

die Krankheit von außerordentlich hoher gesellschaftlicher Relevanz ist und bezüglich der zugrunde liegenden molekularen Mechanismen noch sehr viele ungelöste Fragen vorhanden sind.

Mein Forschungsprojekt ist besonders aussichtsreich, weil...

wir versuchen, neben auf Aß ausgerichteten Strategien, neue Ansatzstellen für die Behandlung der Alzheimerkrankheit zu finden.

Ich hoffe, dass die Alzheimer-Forschung in 10 Jahren...

soweit vorangekommen ist, wie man es heute in der Krebsforschung beobachten kann.

Persönliche Nachricht:

Durch die Förderung von AFI (2003) war es mir als junger Wissenschaftler möglich, mein erstes eigenes Forschungsprojekt zu finanzieren. Dies war ein sehr wichtiger Schritt in meiner wissenschaftlichen Karriere und ich bin den Spendern von AFI sehr dankbar, dass sie mir dies ermöglicht haben. Umso mehr freue ich mich nun über die zweite Förderung durch AFI, die es mir erlaubt, in Zusammenarbeit mit Priv.-Doz. Dr. Guido Hermey einen neuen putativen Risikofaktor für AD zu untersuchen.

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