Untersuchung des Mechanismus der Substratverarbeitung von γ-Sekretase und des Einflusses von Modulatoren mit Hilfe von Molekulardynamiksimulationen

• Antragsteller: Professor Dr. Martin Zacharias
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 546851530

Die Intramembran-Protease γ-Sekretase (GSEC) ist eine Aspartyl-Protease, die den letzten Schritt der kontrollierten Spaltung vieler Transmembranproteine in der Zellmembran durchführt. Dazu gehört auch die Spaltung des C-terminalen Fragments (C99) des Amyloid-Vorläuferproteins (APP). Durch den sequentiellen Spaltungsprozess entstehen Aβ-Peptide unterschiedlicher Länge, die teilweise toxische Aggregate bilden können und wahrscheinlich an der Alzheimer-Krankheit (AD), einer chronischen neurodegenerativen Erkrankung, beteiligt sind. Ein Verständnis des GSEC-Spaltungsprozesses im molekularen Detail ist von grundlegender Bedeutung für das Verständnis des Beginns und des Fortschreitens von AD und für die mögliche Entwicklung von AD-Behandlungen. Obwohl die Struktur von GSEC in der Apo- und substratgebundener Form kürzlich bestimmt wurde, sind der Mechanismus und der Prozess der sequentiellen APP-Spaltung noch nicht vollständig verstanden. Im geplanten Projekt werden wir Molekulardynamik (MD) Methoden verwenden, um den Mechanismus der sequentiellen Substratspaltung von GSEC besser zu verstehen. Dies wird durch Targeted-MD-Simulationen erreicht, um das Peptidsubstrat durch den Substratbindungskanal zu bewegen und das damit verbundene Profil der freien Energie sowie den Einfluss durch Enzym- und Substratmutationen zu charakterisieren. Darüber hinaus werden wir die Bindung bekannter Modulatormoleküle (Imidazol-basierte GSM-Moleküle) untersuchen, die die Spaltungseffizienz (Prozessivität) verbessern können, und wie diese GSMs auch das aktive Zentrum durch einen bisher unbekannten allosterischen Kopplungsmechanismus beeinflussen. Darüber hinaus werden wir versuchen, mutmaßliche Bindungsstellen anderer GSM-Typen (z. B. acidische GSM) in GSEC zu identifizieren und neue GSM-Verbindungen identifizieren. Die theoretische Arbeit wird in enger Zusammenarbeit mit unserer experimentellen Partnerin, Dr. Lucia Chávez Gutiérrez (KU Leuven), durchgeführt und experimentell validiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen