Identifizierung von therapeutischen Zielproteinen zur Stimulierung des Ubiquitin-Proteasom Systems in neurodegenerativen Erkrankungen

• Antragstellerin: Maria Elka Gierisch, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Modelle zum Verständnis von Erkrankungen des Nervensystems ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 396329917

Neurodegenerative Störungen wie Alzheimer und Parkinson oder genetische Störungen, die durch poly-Glutamin Ausweitungen wie in Chorea Huntington und bei der Kennedy-Krankheit verursacht werden, sind mehr und mehr in entwickelten Ländern auf Grund der erhöhten Lebenserwartung verbreitet. Die meisten der Krankheiten sind charakterisiert durch eine Anhäufung von anormalen oder fehlgefalteten Proteinen in intrazellulären Einschlusskörpern im Zentralnervensystem. Fehlgefaltete Proteine werden normalerweise durch eine intrazelluläre proteinspaltende Maschinerie, dem Ubiquitin-Proteasom System, eliminiert. Sie werden posttranslational von (mehreren) Ubiquitin durch verschiedene involvierte Proteine markiert. Diese anormalen Proteine werden dann durch das proteinspaltende Proteasom zerstört. Die altersabhängige Anhäufung von mutierten oder poly-Glutamin ausgeweiteten Proteinen in neuronalen Zellen wurde bis dahin angesehen als ein Resultat von einem nicht funktionalen Ubiquitin-Proteasom System. Demgegenüber konnte das Dantuma Labor, und auch andere, durch Reporter-Mäuse zeigen, dass die Aktivität des Systems bis in die späten Phasen der Krankheit gut erhalten ist. Sie konnten außerdem zeigen, dass der beschleunigte proteasomale Abbau von poly-Glutamin ausgeweiteten Proteinen die stationären Proteinlevel reduzieren, die Formierung von intrazellulären Einschlusskörpern verhindert sowie die Zellvariabilität erhöht. In dem vorgeschlagenen Projekt beabsichtige ich zuerst eine neue zellbasierte Reporter-Analysetechnik zu entwickeln, mit dem Stimulatoren des Ubiquitin-Proteasom System identifiziert werden können. In einem zweiten Teil werde ich diese neue Analysetechnik nutzen um eine große Mikroskopie basierte Untersuchung durchzuführen. Diese Plattform befindet sich in der abteilungsspezifischen Mikroskopieeinrichtung und wird genutzt, um potentielle molekulare Zielproteine zu identifizieren. Wenn diese molekularen Ziele inhibiert werden, resultiert dies im beschleunigten Abbau der anormalen Proteine. Für diesen Zweck werden die Transkripte von ungefähr 200-500 Proteinen, die direkt oder indirekt in das Ubiquitin-Proteasom System involvierte sind, durch eine individuell gefertigte siRNA Bibliothek inhibiert. In einem dritten Schritt werde ich den Mechanismus charakterisieren, der der Stimulation des proteasomalen Systems durch die molekularen Targets zu Grunde liegt. Letztendlich werde ich durch Reduzierung oder einem Knock-out der Zielproteine herausfinden, wie spezifisch der Abbau von ausgewählten anormalen Proteinen im neurodegenerativen Kontext ist und die Stimulation von intrazellulären Einschlusskörpern charakterisieren. Mit der vorgestellten Strategie möchte ich molekulare Zielmöglichkeiten von neurodegenerativen Erkrankungen identifizieren und erwarte, dass die Stimulation des Ubiquitin-Proteasom Systems zu neuen Behandlungsmöglichkeiten führen wird.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Schweden
• Gastgeber: Professor Dr. Nico P. Dantuma