Bildungsmechanismus und physiologische Relevanz supramolekularer Proteincluster des Amyloid Precursor Protein APP in der Zellmembran

Abstract

Proteine in biologischen Membranen sind in der Regel heterogen in Domänen organisiert. Die Mechanismen dieser Segregation in Membranproteincluster unterschiedlicher Zusammensetzung sind noch immer unverstanden. <br /> Auch das Amyloid Precursor Protein APP bildet Proteincluster in der Plasmamembran, welche die Endozytose von APP in das frühe Endosomenkompartiment begünstigen können. Dies ist von besonderer Bedeutung, da APP nach seiner Internalisierung durch proteolytische Prozessierung u.a. in das Aβ-Peptid gespalten wird. Dieses Peptid kann entweder in seiner aggregierten Form, den sogenannten amyloiden Plaques, oder als lösliches Oligomer der Auslöser neurodegenerativer Veränderungen bei der Alzheimerschen Demenz sein. Der eigentliche Bildungsmechanismus der plasmalemmalen APP-Cluster ist ungeklärt. <br /> In dieser Arbeit wurde daher der APP-Clustermechanismus systematisch unter Anwendung verschiedener Mikroskopiemethoden untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass APP in der Plasmamembran hauptsächlich über seine extrazelluläre Domäne aggregiert. Dabei haben die Glykokalyx und der Glykosylierungsstatus von APP keinen Einfluss auf die Clusterbildung. Auch eine sterische Hinderung oder Friktion der großen Ektodomäne mit der umgebenden Zellmatrix konnte als Ursache für die Proteinaggregation ausgeschlossen werden. Vielmehr wurde in dieser Arbeit eine fundamentale Rolle der fünf ersten Aminosäuren DAEFR in der N-terminalen Aβ-Region bei der lateralen Organisation von APP in Proteincluster entdeckt. Diese fünf Aminosäuren stellen eine notwendige Bedingung für die Bildung von Proteinclustern dar. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass stabile APP-Cluster eine notwendige Voraussetzung für den Aufenthalt von APP in Clathrinmembrandomänen und somit auch für die Endozytose von APP sind. <br /> Die in dieser Arbeit vorgelegten Daten beschreiben eine bisher unbekannte physiologische Funktion der N-terminalen Aβ-Sequenz bei der Regulation der Clusterbildung und der Endozytose von APP. Da nach der Internalisierung in das frühe Endosomenkompartiment das Aβ-Peptid durch proteolytische Spaltung entsteht, steuert die Aβ-Region im intakten Protein folglich die Prozessierung zum neurotoxischen Aβ-Peptid. Deshalb wurde in dieser Arbeit ein vollkommen neuer Therapieansatz für die Alzheimersche Erkrankung diskutiert, der darauf beruht, die Clusterbildung durch an die extrazelluläre Aβ-Region bindende Moleküle zu stören.