Der Einfluss der O-GlcNAc-Modifikation auf das Prozessieren des Amyloid Precursor Proteins (APP) sowie auf die Regulation der Cdk5

Abstract

O-glykosidisch gebundenes N-Acetylglucosamin (O-GlcNAc) an Serin- und Threoninresten von Proteinen ist eine posttranslationale Modifikation von cytosolischen Proteinen, Kernproteinen und cytoplasmatischen Domänen von Transmembranproteinen. Es war gezeigt worden, dass die O-GlcNAc-Modifikation von Proteinen in einem reziproken Verhältnis zur Phosphorylierung stehen kann und damit eine ähnliche regulatorische Funktion wie die Phosphorylierung ausüben könnte. <br /> Diese Hypothese konnte in dieser Arbeit dadurch bestätigt werden, dass durch die Behandlung von N2a-Zellen bzw. HEK293-Zellen, die mit dem humanem Wildtyp von APP695 (APPwt) bzw. mit der schwedischen Mutante von APP (APPsw) transfiziert worden waren, mit PMA (aktiviert PKC) und PUGNAc (inhibiert OGH) Veränderungen der APP-Prozessierung hervorgerufen wurden. Die PMA-Behandlung von N2a-Zellen steigerte die Sekretion von APPs-Fragmenten (nur bei APPwt-transfizierten N2a-Zellen) und führte gleichzeitig zu einer Abnahme von Abeta-Peptiden (sowohl bei APPwt- als auch bei APPsw-transfizierten N2a-Zellen), wobei letztere auch bei APPwt-transfizierten HEK293-Zellen zu beobachten war. PUGNAc hingegen führte nur bei APPsw-transfizierten N2a-Zellen zu einer Zunahme der Abeta-Sekretion, wobei die APPs-Sekretion nicht signifikant verändert war. Bei den HEK293-Zellen zeigte sich im Gegensatz dazu nur eine Zunahme der Abeta-Sekretion bei den mit den APPwt-transfizierten Zellen. Somit scheint eine erhöhte O-GlcNAc-Modifikation von Proteinen einen Einfluss auf den Prozessierungsprozess von APP dahingehend auszuüben, dass vermehrt der amyloidogene Weg eingeschlagen wird. <br /> Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die Cdk5 O-GlcNAc modifiziert ist. Da die Cdk5 durch Phosphorylierung des Ser159 negativ reguliert wird, könnte es sein, dass die O-GlcNAc-Modifikation ebenfalls einen Einfluss auf die Aktivität des Enzyms hat. Es konnte gezeigt werden, dass durch die Behandlung mit PUGNAc und dem PKA-Aktivator dbcAMP die O-GlcNAc-Modifikation von Proteinen stärker zunahm als durch die alleinige Behandlung mit PUGNAc. Dadurch lässt sich vermuten, dass die O-GlcNAc-Modifikation der Cdk5 zu einer Dysfunktion des Enzyms führen könnte, das Enzym in dem Fall verstärkt inhibiert und dadurch die O-GlcNAc-Modifikation von Proteinen gefördert wird. <br /> Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die O-GlcNAc-Modifikation sowohl bei der Prozessierung des APP als auch bei der Regulation der Cdk5 eine Rolle spielt.

<strong>The influence of O-GlcNAc on APP processing and Cdk5 activity </strong><br /> N-acetylglucosamine linked O-glycosidically (O-GlcNAc) to serin and threonine residues of proteins is a poststranslational modification of proteins of the cytosol, the nucleus and of the cytosolic domains of transmembrane proteins. It was shown, that the O-GlcNAc-modification of proteins responds reciprocally to phosphorylation and therefore might have a similar regulatory function as the phosphorylation itself. Extending these earlier studies, we were able to show, that PMA treatment (activates PKC) and PUGNAc treatment (inhibits OGH) of N2a- and HEK293-cells, which were transfected with wildtype APP695 (APPwt) or the Swedish mutation of APP695 (APPsw), lead to altered APP processing. PMA treatment of N2a-cells increased APPs-secretion in APPwt-transfected cells, while a decrease of Abeta was observed in both transfectants and in APPwt-transfected HEK293-cells.<br /> PUGNAc-treatment increased the Abeta-secretion in APPsw-transfected N2a-cells without changing APPs-secretion. The increase in Abeta-secretion was also shown for APPwt-transfected HEK293-cells. The modification of proteins with O-GlcNAc leads therefore to an increased synthesis of amyloidogenic fragments. <br /> We were also able to show, what Cdk5 is O-GlcNAc-modified. Because of the fact, that phosphorylation of Ser 159 negatively regulates Cdk5, the O-GlcNAc-modification might also have a regulatory function. Treatment of N2a-cells with PUGNAc and with the PKA-activator dbcAMP paradoxically lead to an increase in the O-GlcNAc-level of several proteins which was higher than in the presence of PUGNAc alone. The O-GlcNAc-modification might lead to a dysfunction of Cdk5, which then results in increased O-GlcNAc-levels.<br /> These observations provide evidence, that the O-GlcNAc-modification modulates APP processing as well as the regulation of Cdk5.