Zelluläre Faktoren der Amyloid Homeostase
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Tauopathien wie die Alzheimersche Krankheit, die frontotemporale Demenz mit Parkinsonismus und andere neurodegenerative Erkrankungen sind durch die Ausbreitung der Tau-Pathologie von einer ursprünglichen Hirnregion auf neuroanatomisch verbundene Gebiete gekennzeichnet. Auf molekularer Ebene verläuft die Ausbreitung in mehreren Schritten: die Aggregation von Tau in einer Ausgangszelle, das Ausschleusen von übertragbaren Fragmenten von amyloiden Fibrillen aus der Zelle, die Internalisierung in eine Empfängerzelle und die anschließende Verlängerung von Fibrillen durch endogenes Tau. Die Reaktion des Protein-Qualitätskontrollsystems auf die Tau-Pathologie und insbesondere auf den Ausbreitungsprozess ist bisher nur unzureichend verstanden. Ein co-migrierender Faktor, der ortsunabhängig in die Fibrillenbildung und -übertragung eingreift, würde eine geeignete konzeptionelle Lösung darstellen. Wir konnten zeigen, dass die Übertragung der konservierten Serin-Protease HTRA1 von Zelle zu Zelle die Ausbreitung von Tau Fibrillen verhindert, indem HTRA1 in mehrere Schritte des Ausbreitungsprozesses eingreift. Unsere Ergebnisse deuten auf einen neuen Verteidigungsmechanismus gegen die Ausbreitung von pathogenen Proteinkonformationen hin. Um die Proteolyse von amyloiden Fibrillen durch HTRA1 in hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu verstehen, haben wir zeitaufgelöste Massenspektrometrie in Kombination mit bioinformatischen Analysen eingesetzt, um bis zu 200 proteolytische Produkte zu identifizieren und die relative Häufigkeit der Schnitte an jeder der 117 identifizierten Spaltstellen zu jedem Zeitpunkt zu berechnen. Diese Daten zeigen, dass die b-faltblattreiche Kernregion der Fibrillen nach 10 Minuten in 30 Peptide zerlegt wird, sogar wenn die Fibrillen in einem, verglichen mit der Protease, fünffachen molaren Überschuss vorliegen. Die Zymogenaktivierung ist ein hochkonserviertes regulatorisches Prinzip in allen Proteaseklans. Es beschreibt die irreversible Aktivierung durch Prozessierung des inaktiven Zymogenvorläufers durch eine aktive Protease. Wir beschreiben einen alternativen und reversiblen Mechanismus der Proteaseaktivierung, bei dem der Aktivator eine inaktive Protease ist. Dieser Mechanismus beinhaltet die Bildung eines allosterischen Komplexes zwischen der Serin-Protease HTRA1 und der Cystein-Protease Calpain 2. Überraschenderweise ist die allosterische Aktivierung von HTRA1 auf eine Untergruppe von Substratkonformationen beschränkt, da sie die Proteolyse des löslichen Tau-Proteins verbessert, nicht aber die Dissoziation und den Abbau von amyloiden Fibrillen. Diese Daten verdeutlichen eine zusätzliche Herausforderung für Protein-Qualitätskontrollfaktoren wie HTRA1 bei der Beseitigung pathogener Fibrillen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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EP 3280801B1; "Internalisation of human HTRA1 and cargo proteins into mammalian cells"
Ehrmann M.; Poepsel, S.; Nelles, J. & Severin, K.
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Native Top-Down Mass Spectrometry and Ion Mobility Spectrometry of the Interaction of Tau Protein with a Molecular Tweezer Assembly Modulator. Journal of the American Society for Mass Spectrometry, 30(1), 16-23.
Nshanian, Michael; Lantz, Carter; Wongkongkathep, Piriya; Schrader, Thomas; Klärner, Frank-Gerrit; Blümke, Anika; Despres, Clément; Ehrmann, Michael; Smet-Nocca, Caroline; Bitan, Gal & Loo, Joseph A.
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The ubiquitin‐conjugating enzyme UBE 2 QL 1 coordinates lysophagy in response to endolysosomal damage. EMBO reports, 20(10).
Koerver, Lisa; Papadopoulos, Chrisovalantis; Liu, Bin; Kravic, Bojana; Rota, Giulia; Brecht, Lukas; Veenendaal, Tineke; Polajnar, Mira; Bluemke, Anika; Ehrmann, Michael; Klumperman, Judith; Jäättelä, Marja; Behrends, Christian & Meyer, Hemmo
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An allosteric HTRA1-calpain 2 complex with restricted activation profile. Proceedings of the National Academy of Sciences, 119(14).
Rey, Juliana; Breiden, Maike; Lux, Vanda; Bluemke, Anika; Steindel, Maike; Ripkens, Kamilla; Möllers, Bastian; Bravo, Rodriguez Kenny; Boisguerin, Prisca; Volkmer, Rudolf; Mieres-Perez, Joel; Clausen, Tim; Sanchez-Garcia, Elsa & Ehrmann, Michael
