Cluster-Bildung, Prozessierung und Internalisierung des Amyloid Precursor Protein (APP) an der Plasmamembran

• Antragsteller: Professor Dr. Thorsten Lang
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Biophysik ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 323574864

Bei der neurodegenerativen Alzheimer-Krankheit (AK) sind Ablagerungen seniler Plaques im Gehirn charakteristisch. Die Plaques enthalten Beta-Amyloid (BA) Peptide, erzeugt aus dem Amyloid Precursor Protein (APP) durch zwei aufeinanderfolgende Spaltungen. APP Mutanten waren informativ um potentielle Mechanismen aufzuklären und suggerieren, dass die BA Produktionsrate oder seine Neigung zu aggregieren eine Rolle spielen. 6 Mutationen befinden sich in der N-terminalen Region von BA, von denen 5 pathogen sind und eine protektiv ist.Wir konnten zeigen, dass die ersten 5 Aminosäuren (AS) der N-terminalen BA Region die Clusterbildung von APP in der Plasmamembran (PM) vermitteln (Schreiber et al., Biophysical Journal, 2012) und dadurch die Endozytose des Proteins vorbereiten, wodurch die Produktion des neurotoxischen BA eingeleitet wird. Vorläufige Daten im Antrag zeigen, dass die Protektive Mutante, die eine Punktmutation in der Cluster-Region aufweist, weniger stark Cluster bildet und weniger effizient in endozytotische Strukturen gelangt.Die Befunde unterstreichen die Bedeutung des N-terminalen BA Segments bei der Regulation der Dynamik von APP in der PM. Sie suggerieren weiterhin, dass der protektive Effekt der Mutante durch reduzierte Clusterbildung und Endozytose erklärbar ist. Längere Verweilzeiten in der PM würden die Spaltung über alpha-Sekretasen erhöhen, was zu nicht-toxischen p3 Peptiden führt. Da die Cluster-Region extrazellulär ist, wird zudem ein therapeutischer Ansatz plausibel basierend auf der Störung der Clusterbildung über die extrazelluläre Seite.Darauf aufbauend ist unser erstes Ziel zu erforschen, über welchen molekularen Mechanismus die APP Clusterbildung über das N-terminale BA Segment vermitteltet wird (2.3.1). Wir werden klären ob (i) Selbst-Oligomerisieung eingebunden ist (2.3.1.1), (ii) homophile-Interaktionen ausreichen oder andere Ko-Faktoren beteiligt sind (2.3.1.2) und (iii) relevante AS besser eingegrenzt werden können (2.3.1.3). Um die grundsätzliche Machbarkeit des obigen therapeutischen Ansatzes zu zeigen, wird ein Aptamer identifiziert das an die Cluster Region bindet um damit über die extrazelluläre Seite die Cluster aufzulösen (2.3.1.4).Zweitens, da die Raten der APP Spaltung und Internalisierung bestimmen wieviel BA oder p3 generiert wird, werden wir ihre Kinetik selektiv in der PM messen. Wir werden studieren, ob eine veränderte laterale Mobilität und/oder Neigung der Mutanten zu aggregieren in Verbindung steht mit deren Spaltung in der PM (2.3.2.1) und/oder deren Internalisierung (2.3.2.3). Weiterhin wird die subzelluläre Ko-Lokalisation von APP und Sekretasen auf der Ebene von nano-Domänen untersucht (2.3.2.2).Das Projekt wir neue Einsichten für die APP Forschung liefern, bezogen auf die APP Clusterbildung und dessen Membrantransport, das Verständnis darüber wie Mutationen protektive/pathologische Effekte bewirken und die Erkundung einer neuen therapeutischen Strategie gegen die AK.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen