Differentielle Proteomik des humanen Apolipoproteins E (APOE) und Untersuchung dessen Interaktion mit Mitochondrien-assoziierten Membranen und Proteinen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die klassische Rolle von Apolipoprotein E (APOE) liegt im Lipidstoffwechsel, wobei es hauptsächlich in der Leber gebildet und als Teil von Lipoproteinen in die Zirkulation entlassen wird. Jüngste Befunde deuten zunehmend auf eine Fülle weiterer biologisch relevanter - sogenannte pleiotrope - APOE-Funktionen hin. Aufgrund der vermehrten Expression infolge zellulären Stresses wie der Akkumulation fehlgefalteter Proteine, proinflammatorischer Aktivität oder Membranschäden wird APOE eine zentrale Rolle bei der zellulären Stressantwort zugeschrieben. In diesem Zusammenhang gibt es, abgesehen von einer sekretorischen Zuordnung, Hinweise auf eine Lokalisation von APOE in Zellkern, Mitochondrien und punktuellen Membrankontakten zwischen Mitochondrien und dem Endoplasmatischen Retikulum (ER). Letztere sind Teil eines funktionell eigenständigen Zellkompartiments, den sogenannten Mitochondrien-assoziierten ER-Membranen (MAM). Das vorliegende Projekt diente der funktionellen Analyse der bisher nicht untersuchten Interaktion zwischen APOE und mitochondrialen Proteinen wie BCKDHA, LONP1 und TOMM40. Darüber hinaus standen die quantitative Proteomanalyse in verschiedenen Geweben in Abhängigkeit der APOE-Isoform und unterschiedlicher Nahrungsregime sowie die Identifizierung verkürzter APOE-Proteoformen im Fokus. Die APOE-BCKDHA-Interaktion ist unter Nahrungsrestriktion erhöht, wobei kein signifikanter Unterschied zwischen APOE3 und APOE4 ermittelt wurde. Die Interaktion mit LONP1 war in Gegenwart von APOE4 sowie bei proteostatischem Stress verstärkt. Obwohl die Aussagen bezüglich möglicher unterschiedlicher proteolytischer Prozessierung und Relevanz verkürzter Proteoformen limitiert sind, unterstreichen unsere Ergebnisse die Beteiligung von APOE bei der Regulation von Stoffwechselwegen in Leberzellen. Die Interaktion mit mitochondrialen Proteinen ist möglicherweise auf die Akkumulation in MAM zurückzuführen und scheint unterschiedlich für individuelle Bindungspartner reguliert zu sein. In der Analyse differentieller Abundanzen wurden erstaunlicherweise nur sehr wenige APOE-Isoform-abhängige Proteine über Gewebegrenzen hinweg identifiziert. Insgesamt wurden wertvolle grundlagenorientierte Erkenntnisfortschritte erzielt, die das Verständnis nicht-traditioneller Funktionen von APOE erweitern und zugleich wichtige Stimuli für neue Hypothesen und Forschungsprojekte schaffen. Die klassische Rolle von Apolipoprotein E (APOE) liegt im Lipidstoffwechsel, wobei es hauptsächlich in der Leber gebildet und als Teil von Lipoproteinen in die Zirkulation entlassen wird. Jüngste Befunde deuten zunehmend auf eine Fülle weiterer biologisch relevanter - sogenannte pleiotrope - APOE-Funktionen hin. Aufgrund der vermehrten Expression infolge zellulären Stresses wie der Akkumulation fehlgefalteter Proteine, proinflammatorischer Aktivität oder Membranschäden wird APOE eine zentrale Rolle bei der zellulären Stressantwort zugeschrieben. In diesem Zusammenhang gibt es, abgesehen von einer sekretorischen Zuordnung, Hinweise auf eine Lokalisation von APOE in Zellkern, Mitochondrien und punktuellen Membrankontakten zwischen Mitochondrien und dem Endoplasmatischen Retikulum (ER). Letztere sind Teil eines funktionell eigenständigen Zellkompartiments, den sogenannten Mitochondrien-assoziierten ER-Membranen (MAM). Das vorliegende Projekt diente der funktionellen Analyse der bisher nicht untersuchten Interaktion zwischen APOE und mitochondrialen Proteinen wie BCKDHA, LONP1 und TOMM40. Darüber hinaus standen die quantitative Proteomanalyse in verschiedenen Geweben in Abhängigkeit der APOE-Isoform und unterschiedlicher Nahrungsregime sowie die Identifizierung verkürzter APOE-Proteoformen im Fokus. Die APOE-BCKDHA-Interaktion ist unter Nahrungsrestriktion erhöht, wobei kein signifikanter Unterschied zwischen APOE3 und APOE4 ermittelt wurde. Die Interaktion mit LONP1 war in Gegenwart von APOE4 sowie bei proteostatischem Stress verstärkt. Obwohl die Aussagen bezüglich möglicher unterschiedlicher proteolytischer Prozessierung und Relevanz verkürzter Proteoformen limitiert sind, unterstreichen unsere Ergebnisse die Beteiligung von APOE bei der Regulation von Stoffwechselwegen in Leberzellen. Die Interaktion mit mitochondrialen Proteinen ist möglicherweise auf die Akkumulation in MAM zurückzuführen und scheint unterschiedlich für individuelle Bindungspartner reguliert zu sein. In der Analyse differentieller A- bundanzen wurden erstaunlicherweise nur sehr wenige APOE-Isoform-abhängige Proteine über Gewebegrenzen hinweg identifiziert. Insgesamt wurden wertvolle grundlagenorientierte Erkenntnisfortschritte erzielt, die das Verständnis nicht-traditioneller Funktionen von APOE erweitern und zugleich wichtige Stimuli für neue Hypothesen und Forschungsprojekte schaffen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Functional diversity of apolipoprotein E: from subcellular localization to mitochondrial function. Cellular and Molecular Life Sciences, 79(9).
Rueter, Johanna; Rimbach, Gerald & Huebbe, Patricia
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Allelic variation within the major APOE CpG island affects its methylation in the brain of targeted replacement mice expressing human APOE. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Gene Regulatory Mechanisms, 1866(3), 194942.
Rueter, Johanna; Rimbach, Gerald & Huebbe, Patricia
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The mitochondrial BCKD complex interacts with hepatic apolipoprotein E in cultured cells in vitro and mouse livers in vivo. Cellular and Molecular Life Sciences, 80(3).
Rueter, Johanna; Rimbach, Gerald; Treitz, Christian; Schloesser, Anke; Lüersen, Kai; Tholey, Andreas & Huebbe, Patricia
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Human APOE4 Protects High-Fat and High-Sucrose Diet Fed Targeted Replacement Mice against Fatty Liver Disease Compared to APOE3. Aging and disease, 15(1), 259.
Huebbe, Patricia; Bilke, Stephanie; Rueter, Johanna; Schloesser, Anke; Campbel, Graeme; Glüer, Claus-C.; Lucius, Ralph; Röcken, Christoph; Tholey, Andreas & Rimbach, Gerald
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Readdressing the Localization of Apolipoprotein E (APOE) in Mitochondria-Associated Endoplasmic Reticulum (ER) Membranes (MAMs): An Investigation of the Hepatic Protein–Protein Interactions of APOE with the Mitochondrial Proteins Lon Protease (LONP1), Mitochondrial Import Receptor Subunit TOM40 (TOMM40) and Voltage-Dependent Anion-Selective Channel 1 (VDAC1). International Journal of Molecular Sciences, 25(19), 10597.
Rueter, Johanna; Rimbach, Gerald; Bilke, Stephanie; Tholey, Andreas & Huebbe, Patricia
