Biochemische und strukturelle Untersuchungen am Amyloid Enhancing Factor
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Amyloidfibrillen sind fibrilläre Polypeptidaggregate mit einer charakteristischen β-Faltblatt- Struktur, die im menschlichen Körper bei einer Vielzahl von Krankheiten auftreten können. Am bekanntesten sind Amyloidfibrillen in neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer oder Parkinson. In systemischen Amyloidosen befallen sie mehrere und meist periphäre Organe. Prione wurden als proteinaceous infectious particles definiert. Sie übertragen Krankheiten wie Creutzfeldt-Jakob im Menschen oder Bovine Spongiforme Encephalopathie (BSE) und Traberkrankheit bei Rind und Schaf. Prione sind Aggregate und somit ein bestimmter Faltungszustand des Prion-Proteins, die sich durch einen erhöhten β-Faltblatt-Anteil auszeichnen und oft auch Lipide enthalten. Prione replizieren, indem zelluläres Prion-Protein an sie angelagert und im pathogenen Faltungszustand stabilisiert wird. Die AA Amyloidose ist eines der besten Beispiele einer prionen-artigen Erkrankung von Säugern, die nicht das Prion-Protein oder das Nervensystem betrifft. Die Krankheit ist die typische systemische Amyloidose, die mehrere Organe wie Milz, Leber und Nieren befällt. Sie ist weltweit verbreitet und tritt in Menschen, Säugetieren und Vögeln auf. Die assoziierten Amyloidfibrillen bestehen aus AA- Protein, einem N-terminalen Fragment des Serum-Amyloid A (SAA) Proteins. Zwar kann die AA-Amyloidose nach langer chronischer Entzündung spontan auftreten, doch lässt sich ihr Ausbruch in der Maus dramatisch beschleunigen, indem man den Tieren Milzhomogenate von amyloiden, erkrankten Tieren appliziert. Das übertragbare Agens wird in der Regel mit dem Begriff amyloid enhancing factor (AEF) umschrieben. Ziel des Projekts war es, die molekulare Grundlagen der AEF-Aktivität und der Ausbreitung oder Übertragung von AA Amyloidose genauer aufzuklären. Dazu wurden AA Amyloidfibrillen aus der Maus aufgereinigt und hinsichtlich der molekularen Konformation und chemischen Zusammensetzung zu untersucht. So konnten wir eine frühere Hypothese bestätigen, dass die AEF-Wirkung mit dem Vorhandensein von AA Amyloidfibrillen einhergeht. Wir haben diese dann eingehend strukturell untersucht und konnten ihren Aufbau mittels Kryo-Elektronenmikroskopie aufklären. Zusätzlich wurde versucht, AEF-Aktivität aus rekombinantem SAA künstlich herzustellen. Die biochemisch strukturellen Arbeiten wurden mit Aktivitätsuntersuchungen in der Maus und im Zellmodell kombiniert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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AA Amyloidosis: Pathogenesis and Targeted Therapy. Annu. Rev. Pathol. Mech. Dis. 10, 321–344 (2015)
Westermark GT, Fändrich M, Westermark P
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Electron tomography reveals the fibril structure and lipid interactions in amyloid deposits. Proc Natl Acad Sci U.S.A. 113, 5604-5609 (2016)
Kollmer M, Meinhardt K, Haupt C, Liberta F, Wulff M, Linder J, Handl L, Heinrich L, Loos C, Schmidt M, Syrovets T, Simmet T, Westermark P, Westermark GT, Horn U, Schmidt V, Walther P, Fändrich M
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Polymorphism of amyloid fibrils in vivo. Angew Chem Int. Ed. 55, 4822–4825 (2016)
Annamalai K, Gührs KH, Koehler R, Schmidt M, Michel H, Loos C, Gaffney PM, Sigurdson CJ, Hegenbart U, Schönland S, Fändrich M
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Cellular mechanism of fibril formation from serum amyloid A1 protein. EMBO Rep. 18, 1352-1366 (2017)
Claus S, Meinhardt K, Aumüller T, Puscalau-Girtu I, Linder J, Haupt C, Walther P, Syrovets T, Simmet T, Fändrich M
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Common Fibril Structures Imply Systemically Conserved Protein Misfolding Pathways In Vivo. Angew Chem Int Ed 56, 7618–7622 (2017)
Annamalai K, Liberta F, Vielberg M-T, Close W, Lilie H, Gührs K-H, Schierhorn A, Koehler R, Schmidt A, Haupt C, Hegenbart U, Schönland S, Schmidt M, Groll M, Fändrich M
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Cryo-EM fibril structures from systemic AA amyloidosis reveal the species complementarity of pathological amyloids. Nature Comm. 10, 1104 (2019)
Liberta F, Loerch S, Rennegarbe M, Schierhorn A, Westermark P, Westermark GT, Hazenberg BPC, Grigorieff N, Fändrich M, Schmid M
