Funktion und Regulation von BACE-2
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Übergeordnetes Ziel des Projektes war die Identifizierung und Charakterisierung molekularer Mechanismen in der Regulation der Alzheimer-assoziierten Proteasen BACEl und BACE2. Das Projekt basierte auf vorhergehenden Arbeiten zu post-translationalen Modifikationen von BACEl durch Phosphorylierung innerhalb dessen cytoplasmati scher Domäne und den daraus resultierenden Effekten auf den subzellulären Transport. Zu Beginn des Projektes wurde zunächst untersucht, inwieweit die homologe Protease BACE2 ebenfalls durch Phosphorylierung modifiziert wird. Dabei konnte in vitro mit gereinigten Kinasen eine Phosphorylierung an Serinrest 511 innerhalb der cytoplasmatischen Domäne von BACE2 nachgewiesen werden. Als BACE2 phosphorylierende Kinase vmrde Caseinkinase 1 (CKI) identifiziert. Allerdings konnte eine entsprechende Phosphorylierung in Zellmodellen nicht eindeutig nachgewiesen werden. Im weiteren Verlauf wurde darm die Interaktion der cytoplasmatischen Domänen von BACEl und BACE2 mit potenziellen Bindeproteinen charakterisiert. Dabei zeigte sich eine spezifische Interaktion von BACEl mit Proteinen aus der ,Golgi-localized y-ear containing ARF binding' (GGA) Familie, während BACE2 nicht mit GGA Proteinen interagierte. Durch immunhistochemische, biochemische und molekularbiologische Untersuchungen wurde eine unterschiedliche Expression von GGAl in humanen Gehirnen von Alzheimer Patienten und Kontrollen nachgewiesen. In Zellmodellen konnte schließlich eine Beeinflussung des subzellulären Transportes von BACEl und der Amyloid ß-Produktion durch GGAl gezeigt werden. Weitere Arbeiten zur Expressionskontrolle von BACEl ergaben eine transkriptioneile Regulation dieser Protease durch den ,Peroxisome Proliferator-Activator Receptor-y', sowie eine fokale Akkumulation in der Nähe von Amyloid ß-Plagues im Gehim transgener Mäuse. Die Ergebnisse deuten daher auf eine erhöhte Expression von BACEl während entzündlicher Prozesse im Gehim hin, die zur erhöhten Produktion des Amyloid ß- Peptides während der Alzheimer Pathogenese beitragen könnte. Insgesamt konnten im Rahmen dieses Projektes wesentiiche Mechanismen zur Regulation der Expression, sowie des subzellulären Transportes von BACEl und BACE2 in vitro und in vivo identifiziert und charakterisiert werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Heneka, M.T., M. Sastre, L. Dumitrescu-Ozimek, I. Dewachter, J. Walter, T. Klockgether, and F. van Leuven: Focal glial activation concides with increased BACEl activation and precedes amyloid plaque deposition in APP[V7171] transgenic mice. J. Neuroinflamm. 2, 22 (2005).
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Kern, A. B. Roempp, K. Prager, J. Walter, and C. Behl: Down-regulation of endogenous amyloid precursor protein processing due to cellular aging. / Biol. Chem. 281, 2405-2413 (2006).
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Rentmeister, A., A. Bill, T. Wähle, J. Walter, and M. Famulok: RNA aptamers selectively modulate protein recruitment to the cytoplasmic domain of ß-secretase BACEl in vitro. RNA^ 12, 1650-1660 (2006).
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Sastre, M. and J. Walter: Secretases and inflammation. In Recent advances in the biology of secretases, key proteases in Alzheimer disease (ed. W. Araki). Research Signpost, T. C. (2007)
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Sastre, M., J. Walter, S.M. Gentleman: Interactions between APP secretases and inflammatory mediators. J. Neuroinflamm. 5, 25 (2008)
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Sastre, M., S. Roßner, N. Bogdanovic, E. Rosen, I. Dewachter, D.R. Thai, B.O Evert, J. Walter, T. Klockgether, F. van Leuven, and M.T. Heneka: NSAlDs repress BACEl gene promoter activity by activation ofthe peroxisome proliferator-activated receptor-y (PPARy). Proc. Natl. Acad. Sci. USA , 103,443-448(2006).
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Walter, J.: Control of ß-amyloid generation by subcellular trafficking of the ß-amyloid precursor protein and ß-secrelase. Neurodeg. Dis. 3, IM-ISA (2006).
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Walter: GGAl is expressed in the human brain and affects the generation of amyloid ß-peptide. J. Neurosci., 26, 12838-12846 (2006).
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Wähle, T. and J. Walter: Subcellular trafficking of BACEl: Molecular mechanisms in the control of ßamyloid generation. Cogn. Sci. 3, 1-20 (2007).
