LRRRK2 als Target zur Behandlung der Parkinson-Krankheit
Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Parkinson-Krankheit (Morbus Parkinson, PD) ist gekennzeichnet durch einen neurodegenerativen Prozess, der distale axonale Nervenenden vor dem Soma betrifft und eine Störung der Protein-Qualitätskontrolle, einschließlich veränderter Lysosomen einschließt. Eine der häufigsten ursächlichen Mutationen bei Morbus Parkinson ist die Gain-of-Kinase-Funktionsmutation LRRK2 G2019S, und LRRK2-spezifische niedermolekulare Inhibitoren sind als potenzielle Therapeutika entwickelt worden. Um die klinische Umsetzung dieser Inhibitoren zu erleichtern, sind ein besseres Verständnis der Rolle von LRRK2 bei der Axonendegeneration sowie nicht-invasive Biomarker für die Detektion des „Target-Engagement“ erforderlich. Zunächst entwickelten wir einen neuartigen Test für den lysosomalen Transport in menschlichen Axonen, der zeigte, dass LRRK2 G2019S mit einer subtilen Verringerung der lysosomalen Geschwindigkeit verbunden war, die nur teilweise durch LRRK2-Kinaseinhibitoren aufgehoben werden konnte. Phosphoryliertes Rab10 auf distalen axonalen Lysosomen war bei der LRRK2-Mutation erhöht, und eine Überexpression von Rab10 beeinträchtigte den lysosomalen Transport geringfügig. Interessanterweise könnte der Schweregrad der axonalen Trafficking-Phänotypen mit dem Schweregrad der klinischen Symptome der Spender korrelieren, doch wären weitere Arbeiten erforderlich, um diesen Zusammenhang zu untermauern. Als Nächstes charakterisierten wir von Exosomen stammende und zellfreie microRNAs (miRNAs) als mögliche Biomarker für LRRK2-PD. Extrazelluläre Vesikel wurden aus aus induzierten pluripotenten Stammzellen abgeleiteten menschlichen dopaminergen Neuronen isoliert. Wir konnten über 2000 verschiedene Mikro-RNAs nachweisen, von denen 56 differenziell exprimiert wurden. Wir entdeckten eine hohe Korrelation zwischen den Veränderungen in den zellfreien und zellulären miRNAomen und bestätigten die Dysregulation von let-7g-5p, miR-21-5p und miR-135a-5p im Liquor der Patienten. Schließlich entdeckten wir, dass der Einfluss der LRRK2-Proteinexpression auf das miRNA-ome größer sein könnte als der Mutationsstatus. Im Anschluss an diese Arbeit quantifizierten wir die Expressionsniveaus von 91 miRNAs mittels RT-qPCR bei zehn Personen mit sporadischer Parkinson-Krankheit, zehn Patienten, die eine LRRK2-Mutation tragen, und elf gesunden Kontrollen, wobei wir sowohl Plasma als auch Liquor verwendeten. miR-29c-3p wurde zwischen LRRK2-Mutationsträgern und sporadischen Fällen unterschiedlich exprimiert, wobei miR-425-5p tendenziell signifikant war. Die Individuen gruppierten sich in der Hauptkomponentenanalyse entlang des Mutationsstatus. Die Gruppenzugehörigkeit wurde mit hoher Genauigkeit vorhergesagt. Dieser Ansatz könnte die Identifizierung von Patienten ermöglichen, die wahrscheinlich von Medikamenten profitieren, die auf LRRK2 abzielen. In Anbetracht der geringen Stichprobengröße muss dieser Ansatz in größeren Kohorten validiert werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Axonal Lysosomal Assays for Characterizing the Effects of LRRK2 G2019S. Biology, 13(1), 58.
Bhatia, Priyanka; Bickle, Marc; Agrawal, Amay A.; Truss, Buster; Nikolaidi, Aikaterina; Brockmann, Kathrin; Reinhardt, Lydia; Vogel, Stefanie; Szegoe, Eva M.; Pal, Arun; Hermann, Andreas; Mikicic, Ivan; Yun, Maximina; Falkenburger, Björn & Sterneckert, Jared
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The Cellular and Extra-Cellular Proteomic Signature of Human Dopaminergic Neurons Carrying the LRRK2 G2019S Mutation. openRxiv.
Knab, Felix; Guaitoli, Giambattista; Jarboui, Mohamed Ali; von Zweydorf, Felix; Isik, Fatma Busra; Klose, Franziska; Rajkumar, Anto Praveen; Gasser, Thomas & Gloeckner, Christian Johannes
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Using Extracellular miRNA Signatures to Identify Patients with LRRK2-Related Parkinson’s Disease. Journal of Parkinson’s Disease, 14(5), 977-991.
Braunger, Luca Jannik; Knab, Felix & Gasser, Thomas
