Molekulare Mechanismen der Notch3-Aggregation in der Pathogenese von CADASIL

• Applicant: Professor Dr. Martin Dichgans, since 7/2013
• Subject Area: Molecular and Cellular Neurology and Neuropathology
• Term: from 2010 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 173874702

• Final Report Year: 2015

Final Report Abstract

CADASIL ist die häufigste monogen vererbte Ursache von Schlaganfall und vaskulärer Demenz und wird verursacht durch Mutationen im NOTCH3-Gen. Ein zentraler Aspekt der Pathogenese ist die Aggregation bzw. Akkumulation von NOTCH3 in den Gefäßwänden betroffener Patienten. Ausgangspunkt des Projektes war ein von den Antragstellern etablierter Assay zur Analyse des NOTCH3-Aggregationsprozesses in vitro. Dieser Assay wurde im Verlauf des Projektes validiert, weiterentwickelt und zur Charakterisierung der Aggreggation von Notch3 herangezogen. Die im Assay entstehenden Multimere zeigen biochemisch ähnliche Eigenschaften wie die bei CADASIL-Patienten extrahierbaren NOTCH3-Aggregate. Damit konnte erstmals ein Assay etabliert werden, der die molekulare Pathologie in vitro rekapituliert. Die weitere Analyse des NOTCH3-Aggregationsprozesses zeigt, dass die Beeinflussung von Sulfhydryl-Gruppen die Multimerisierung verstärkt. Allerdings führen auch nicht-prototypische (Nicht-Cystein-) Mutationen zu einer Aggregation, was darauf hinweist, dass auch andere Mechanismen für die Multimerisierung zum Tragen kommen. Erstmals haben die Antragsteller darüberhinaus zeigen können, dass die entstehenden NOTCH3-Aggregate auch andere Proteine inkorporieren bzw. sequestrieren können - ein neuer Pathomechanismus der Erkrankung, der mittlerweile durch Folgestudien der Autoren und anderer Gruppen im Tiermodell und Patienten material bestätigt werden konnte. Schließlich konnten durch systematische Analyse von Kandidatensubstanzen mehrere Moleküle identifiziert werden, die sowohl eine Inhibition des Aggregationsprozesses als auch - in präliminaren Ergebnissen - eine Auflösung von präformierten Aggregaten in vitro erlauben. Diese Ergebnisse werden derzeit weiter verfolgt. Die Substanzen sollen nun in einem CADASIL-Mausmodell auf ihre Wirksamkeit hin untersucht werden, was den ersten kausalen therapeutischen Ansatz für die Erkrankung darstellen würde.

Publications

• (2011). Co-Aggregate Formation of CADASIL-mutant NOTCH3: a Single-particle analysis. Hum Mol Genet 20(16):3256-65
  Duering M, Karpinska A, Rosner S, Hopfner F, Zechmeister M, Peters N, Kremmer E, Haffner C, Giese A, Dichgans M, Opherk C
  
• (2014). Genome-wide genotyping demonstrates a polygenic risk score associated with white matter hyperintensity volume in CADASIL. Stroke 45(4):968-72
  Opherk, Christian; Gonik, Mariya; Duering, Marco; Malik, Rainer; Jouvent, Eric; Hervé, Dominique; Adib-Samii, Poneh; Bevan, Steve; Pianese, Luigi; Silvestri, Serena; Dotti, Maria Teresa; De Stefano, Nicola; Liem, Michael; Boon, Elles M.J.; Pescini, Francesca; Pachai, Chahin; Bracoud, Luc; Müller-Myhsok, Bertram; Meitinger, Thomas; ... & Dichgans, Martin
  
• (2014). Sequestration of latent TGF-ß binding protein 1 into CADASIL-related NOTCH3-ECD deposits. Acta Neuropathol Commun 2:96
  Kast, Jessica; Hanecker, Patrizia; Beaufort, Nathalie; Giese, Armin; Joutel, Anne; Dichgans, Martin; Opherk, Christian & Haffner, Christof
  
• (2015). Cysteine-sparing CADASIL mutations in NOTCH3 show pro-aggregatory properties in vitro. Stroke 46(3):786-92
  Wollenweber, Frank Arne; Hanecker, Patrizia; Bayer-Karpinska, Anna; Malik, Rainer; Bäzner, Hansjörg; Moreton, Fiona; Muir, Keith W.; Müller, Susanna; Giese, Armin; Opherk, Christian; Dichgans, Martin; Haffner, Christof & Duering, Marco
  
• (2015). Genetic factors in cerebral small vessel disease and their impact on stroke and dementia. J Cereb Blood Flow Metab
  Haffner, Christof; Malik, Rainer & Dichgans, Martin
  
• (2015). Response to Letter Regarding"Cysteine-Sparing CADASIL Mutations in NOTCH3 Show Proaggregatory Properties In Vitro". Stroke STROKEAHA. 115.009473 (Letter)
  Wollenweber, Frank Arne; Haffner, Christof & Duering, Marco
  
• APOE ε2 is associated with white matter hyperintensity volume in CADASIL. J Cereb Blood Flow Metab
  Gesierich, Benno; Opherk, Christian; Rosand, Jonathan; Gonik, Mariya; Malik, Rainer; Jouvent, Eric; Hervé, Dominique; Adib-Samii, Poneh; Bevan, Steve; Pianese, Luigi; Silvestri, Serena; Dotti, Maria T; De Stefano, Nicola; van der Grond, Jeroen; Boon, Elles M J; Pescini, Francesca; Rost, Natalia; Pantoni, Leonardo; Lesnik Oberstein, Saskia A; ... & Ewers, Michael