Podcasts about prpsc

Link to bioRxiv paper: http://biorxiv.org/cgi/content/short/2020.11.16.385856v1?rss=1 Authors: Oliveira Bortot, L., Lopes Rangel, V., A. Pavlovici, F., El Omari, K., Wagner, A., Brandao-Neto, J., Talon, R., von Delft, F., G Reidenbach, A., M Vallabh, S., Vallabh Minikel, E., Schreiber, S., Cristina Nonato, M. Abstract: Prion disease is caused by the misfolding of the cellular prion protein, PrPC, into a self-templating conformer, PrPSc. Nuclear magnetic resonance (NMR) and X-ray crystallography revealed the 3D structure of the globular domain of PrPC and the possibility of its dimerization via an interchain disulfide bridge that forms due to domain swap or by non-covalent association of two monomers. On the contrary, PrPSc is composed by a complex and heterogeneous ensemble of poorly defined conformations and quaternary arrangements that are related to different patterns of neurotoxicity. Targeting PrPC with molecules that stabilize the native conformation of its globular domain emerged as a promising approach to develop anti-prion therapies. One of the advantages of this approach is employing structure-based drug discovery methods to PrPC. Thus, it is essential to expand our structural knowledge about PrPC as much as possible to aid such drug discovery efforts. In this work, we report a crystallographic structure of the globular domain of human PrPC that shows a novel dimeric form and a novel oligomeric arrangement. We use molecular dynamics simulations to explore its structural dynamics and stability and discuss potential implications of these new quaternary structures to the conversion process. Copy rights belong to original authors. Visit the link for more info

Link to bioRxiv paper: http://biorxiv.org/cgi/content/short/2020.06.26.172841v1?rss=1 Authors: Scheckel, C., Imeri, M., Schwarz, P., Aguzzi, A. Abstract: Prion diseases are caused by PrPSc, a self-replicating pathologically misfolded protein that exerts toxicity predominantly in the brain. The administration of PrPSc causes a robust, reproducible and specific disease manifestation. Here we have applied a combination of translating ribosome affinity purification and ribosome profiling to identify biologically relevant prion-induced changes during disease progression in a cell-type specific and genome-wide manner. Terminally diseased mice with severe neurological symptoms showed extensive alterations in astrocytes and microglia. Surprisingly, we detected only minor changes in the translational profiles of neurons. Prion-induced alterations in glia overlapped with those identified in other neurodegenerative diseases, suggesting that similar events occur in a broad spectrum of pathologies. Our results suggest that aberrant translation within glia may suffice to cause severe neurological symptoms and may even be the primary driver of prion disease. Copy rights belong to original authors. Visit the link for more info

Link to bioRxiv paper: http://biorxiv.org/cgi/content/short/2020.04.24.058917v1?rss=1 Authors: Chyba, M., Kotas, J., Beringue, V., Eblen, C., Igel-Egalon, A., Kravchenko, Y., Rezaei, H. Abstract: Prion assemblies responsible for transmissible spongiform encephalopathies grow in the form of linear amyloid fibrils. Traditional models for prion growth and tissue-spreading have relied upon the assumption that propagation is based on the process of fragmentation, wherein an assembly literally breaks in two, creating additional templating interfaces. Recent experimental data shows that PrPSc assemblies are in detailed balance with an elementary oligomeric building block called suPrP. In the present work we compare the dynamics of the canonical model of induced fragmentation to the model of PrPSc assemblies in detailed balance with suPrP. The model is a dynamical system describing the populations of fibrils of varying lengths as a function of time; we analyze the system via both analytical and numerical techniques. We demonstrate that the detailed balance between suPrP and PrPSc model can equivalently replace the induced-fragmentation model. This equivalence opens a new opportunity in an optimal control problem. Copy rights belong to original authors. Visit the link for more info

Tue, 24 Feb 2015 12:00:00 +0100 https://edoc.ub.uni-muenchen.de/17996/ https://edoc.ub.uni-muenchen.de/17996/1/Shi_Song.pdf Shi, Song ddc:570, ddc:500, Fakul

Prionerkrankungen gehören zu den neurodegenerativen Erkrankungen und können sowohl genetisch übertragen als auch erworben werden. Sie verlaufen bisher ausschließlich letal. Verursacht werden sie durch das PrPsc, die pathologische Isoform des physiologisch vorkommenden PrPc. Ein – teilweise noch kontroverser – Einfluss von Kupfer auf die Pathologie wurde mehrfach dargestellt. Bisherige Arbeiten haben diesen Einfluss jedoch insbesondere anhand der Bindung an die Oktarepeatregion untersucht; zunehmend wächst allerdings das Interesse an den Kupferbindungsstellen außerhalb dieser Region: unter anderem insbesondere am Histidin 95 (His95). Im Rahmen dieser Arbeit wurde erstmalig der Einfluss der Kupferbindung an der murinen Aminosäure Histidin 95 des Prionproteins (PrP) in vivo nach Infektion untersucht. Da die Erreger von Scrapie und CJD eine ähnlich Primär-, Sekundär- und Tertiärstruktur besitzen [51, 168], sind wahrscheinlich die Ergebnisse aus Tiermodellen - zumindest teilweise - auf das menschliche Prionprotein übertragbar. Zur Untersuchung wurden transgene Mäuse verwendet, die ein mutiertes PrP mit einem Aminosäure-Austausch von Histidin zu Glycin an der Position 95 des Prionproteins explizieren. Zur Abgrenzung des Einflusses der Mutation nach Infektion wurde vorab eine Charakterisierung der nicht infizierten Mäuse durchgeführt: Die Mäuse nach Mutation (H95G-Mäuse) sowie das mutierte Prionprotein (H95G- PrP) wurden vor Infektion ausführlich untersucht und mit Wildtypkontrollen verglichen. Immunhistochemisch, histologisch und klinisch zeigte sich vor Infektion kein Unterschied zwischen H95G-Mäusen und Wildtypmäusen. Anschließend erfolgten diese Untersuchungen bei RML-infizierten H95G- und Wildtypmäusen. In dieser Arbeit konnte zum ersten Mal anhand von homozygoten HG95+/+-Mäusen mit Prnp-/- Hintergrund und Prnp+/+-129/Sv- C57/Bl6-Kontrollmäusen ein signifikanter Einfluss der Kupferbindungsstelle am Histidin 95 auf die Pathologie und das Überleben nach Prioninfektion gezeigt werden. Die Ergebnisse wurden bei den Mäusen nach Infektion zweiter Passage geprüft. Hierdurch konnte eine stabile, signifikant verkürzte Inkubationszeit bei den H95G- Mäusen im Vergleich zum Wildtyp nachgewiesen werden. Nach Infektion konnte weiterhin gezeigt werden, dass die H95G-Mäuse in fast allen beurteilten Hirnregionen reproduzierbar signifikant mehr plaqueartige PrPsc-Ablagerungen sowie reproduzierbar signifikant geringere spongiforme Veränderungen aufwiesen. Im Bereich des Kleinhirns zeigten sich signifikant deutlicher ausgeprägte, in den untersuchten Cortexbereichen signifikant geringer ausgeprägte synaptische PrPsc- Ablagerungen nach RML-Infektion, die teilweise reproduzierbar waren. Wahrscheinlich werden diese Ergebnisse beeinflusst durch den hier gezeigten veränderten Abbau des H95G- PrPsc, das im Gegensatz zum Wildtyp-PrPsc hauptsächlich über den a-Abbaumechanismus abgebaut wird, sowie den möglichen höheren Konzentrationen von H95G-PrPc.

Prion diseases in humans and animals comprise a group of invariably fatal neurodegenerative diseases characterized by the formation of a pathogenic protein conformer designated PrPSc and infectious particles denoted prions. The cellular prion protein (PrPC) has a central role in the pathogenesis of prion disease. First, it is the precursor of PrPSc and infectious prions and second, its expression on neuronal cells is required to mediate toxic effects of prions. To specifically study the role of PrPC as a mediator of toxic signaling, we have developed novel cell culture models, including primary neurons prepared from PrP-deficient mice. Using these approaches we have been able to show that PrPC can interact with and mediate toxic signaling of various beta-sheet-rich conformers of different origins, including amyloid beta, suggesting a pathophysiological role of the prion protein beyond prion diseases. Copyright (C) 2011 S. Karger AG, Basel

Die vorliegende Arbeit untersuchte im ersten Teil tierart-vergleichend das Vorkommen von PrPC bei Hauswiederkäuern in Eutergewebe und in den verschiedenen Milchfraktionen. Dies erfolgte mittels EIA und Western-Blot sowie für das Eutergewebe auch mittels Immunhistochemie (IHC). Für die Aufarbeitung von Rahm wurde dabei ein neues Verfahren etabliert, durch das die Proteinfraktion des Rahms als Pellet gewonnen werden konnte. Es fand seinen Einsatz auch im zweiten Teil bei der Untersuchung von Milch und Kolostrum BSE- bzw. Scrapie-infizierter Schafe mittels PrionScreen® und Western-Blot. Auch das Eutergewebe und die Milchfraktionen von drei BSE-Kühen wurden untersucht. Im Eutergewebe vom Rind war PrPC-Expression mittels EIA und IHC mit individuellen Unterschieden nachweisbar, nicht jedoch mittels Western-Blot. Bei den kleinen Wiederkäuern hingegen ließ sich PrPC mit allen drei verwendeten Methoden darstellen. In der IHC zeigte sich, dass die Expression das gesamte Zytoplasma der Laktozyten umfasste und PrPC-haltige Vesikel ins Alveolarlumen abgeschnürt wurden. Beim Rind dagegen beschränkte sich die PrPC Expression auf basolaterale Abschnitte der Laktozyten. In Kuhmilch konnte - im Gegensatz zu kürzlich erschienenen Publikationen - kein PrPC detektiert werden. Die kleinen Wiederkäuer zeigten jedoch eine individuelle und - wie anhand des Laktationszyklus eines Schafes nachvollziehbar - laktationsphasen-abhängige PrPC-Expression in den Milchfraktionen Magermilch, Molke und somatische Zellen. Neben den vom Hirngewebe bekannten drei Isoformen (zweifach-, einfach- und unglykosyliert) waren im Western-Blot mit mAk P4 zwei trunkierte Formen auf Höhe von ca. 8 und 14 kDa darstellbar. Dabei handelt sich vermutlich um N-terminale Fragmente. In Kasein war nur bei einigen Schafen PrPC im EIA nachweisbar. Rahm konnte aufgrund seiner Aufarbeitung mittels Detergentien nur im Western-Blot untersucht werden. Es zeigten sich bei Schaf und Ziege dieselben PrPC- Banden wie in den bereits beschriebenen Milchfraktionen. Bei den Proben TSE-infizierter Schafe zeigte sich sowohl bei Rahm aus Milch als auch bei Rahm und Molke aus fettreichem Kolostrum, die eine ähnliche Aufarbeitung erfuhren, PK-resistente Banden. Diese Banden zeigten sich auf Höhe der drei Volllängen-Isoformen sowie der 8-kDa-Form. Eine Abklärung erfolgte im PrionScreen®-EIA durch Einsatz der aus Rahm gewonnenen Proteinpellets. Darin reagierten sieben von 13 Milchproben der Scrapie-Tiere und acht von 108 der BSE-Schafe positiv. Dabei handelte es sich durchweg um Kolostrumproben (etwa 26 % der untersuchten Kolostrumproben). Auch im anschließenden Western-Blot mit einem Aliquot aus der Digestionsplatte des PrionScreen® zeigten sich bei einem Teil der positiven EIA-Reagenten Banden auf PrPC-Höhe. Durch die Kontrolle mit einem unspezifischen Primärantikörper konnte nicht eindeutig gezeigt werden, ob die Banden PrP-spezifisch sind. Ein ähnliches Phänomen bei somatischen Zellen aus Schaf-Kolostrum ist von EVEREST et al. (2006) bekannt. Man muss daher davon ausgehen, dass es sich um eine unspezifische Reaktion des Kolostrums handelt. Rahm aus Milch reagierte im PrionScreen® eindeutig negativ, ebenso Molke aus Milch im Western-Blot. Die Eutergewebeproben der drei BSE-Kühe reagierten negativ in EIA, Western-Blot und IHC. Auch in ihrer Magermilch war kein PrPres detektierbar. Die Kaseinfraktion reagierte positiv im PrionScreen®, wobei eine unspezifische Reaktion jedoch nicht ausgeschlossen werden konnte. Obwohl die Untersuchungen an klinisch gesunden Tieren gezeigt haben, dass PrPC als Replikationsmatrix für die Bildung von PrPSc im Euter und der Milch vorhanden ist, brachten die Analysen der TSE-infizierten Tiere letztlich keinen Beweis für das Vorkommen von PrPres in Milch. Lediglich im Kolostrum von TSE-infizierten Schafen zeigten sich untypische PK-resistente Formen. Eine Gefährdung des Verbrauchers durch Milch und Milchprodukte ist daher mit größter Wahrscheinlichkeit nicht gegeben.

Zum Nachweis von PrPc und PrPsc wurde eine Kapillarelektrophorese-Immunofluoreszenz-Methode (CE-LIF) etabliert und mit konventionellen Verfahren (ELISA, Westernblot, Dot-EIA) verglichen. Zur CE-LIF wurde der monoklonale Antikörper F89 und ein Fluoreszenz-markiertes Peptid (FITC-P3) eingesetzt. Die Nachweisgrenze für rekombinantes bovines PrPc liegt bei 1 pg/Test. Zur Anreicherung von PrPsc aus Hirn und Liquor wurden (Ultra-) Zentrifugations-, Extraktions- (HFIP) und Chromatographieverfahren (HPLC, Festphasenextraktion) einzeln oder in Kom-binationen geprüft; darüber hinaus wurden Anreicherungsversuche mit Affinität- bzw. Immu-nomagnetischer Separation vorgenommen. Die Überprüfung des PrPsc-Gehaltes ausgewählter Extrakte im Vergleich zum Ausgangsma-terial mittels ELISA ergab deutliche Substanzverluste. Eine selektive Bindung von PrPsc an Dynabeads® gekoppeltem Plasminogen konnte nicht nachgewiesen werden. Dagegen wurde eine Anlagerung an Antikörper-beschichteten Beads festgestellt. Allerdings war die Bin-dungskapazität der Beads bei Versuchen in mit in PBS gelöstem PrPc oder PrPsc höher als bei vergleichbaren Versuchen mit Liquor. Bei der kapillarelektrophoretischen Analyse erwiesen sich alle mittels einfacher Probenauf-bereitung hergestellten Extrakte als ungeeignet. Sie führten entweder zu technischen Prob-lemen (Verstopfung der Kapillare; Durchbrennen) oder zu Interferenzen im Elektrophe-rogramm, die eine Auswertung nicht ermöglichten. Die Aufbereitung mittels HPLC ergab zwar verwendbare Präparationen, allerdings variierte die Retentionszeit von PrPsc derart stark, dass dieses Verfahren nicht weiter eingesetzt wurde. Bezüglich der Verwertbarkeit von CE-LIF wurden die besten Resultate mit Hilfe einer Aufreinigung nach Bio-Rad® mit an-schließender Festphasenextraktion erzielt. Während der Nachweis von PrPsc mittels CE-LIF aus Hirngewebe eindeutig gelang, führte die Untersuchung des Liquors eines bekannt BSE-positiven Tieres zu keinem eindeutigen Ergebnis. Prinzipiell ist die CE-LIF zum Nachweis von PrPsc geeignet. Allerdings handelt es sich dabei um ein sehr störanfälliges Verfahren. Die Sensitivität kann deutlich erhöht werden, wenn die Konzentration von PrPsc in kleine Volumina noch besser gelingt.

Die Arbeit „Amplifikation von Prionen in vitro“ beruhte auf der Amplifikationsmethode die erstmals 2001 vorgestellt wurde (Saborio et al., 2001). Bei der PMCA wird erstmals PK-resistentes PrPres in ausreichender Menge in vitro hergestellt, welches molekularbiologisch dem Erreger spongiformer Enzephalopathien gleicht. Die PMCA erlaubt somit eine in vitro Untersuchung des pathologischen Umfaltungsprozess von PrPC zu PrPSc für diagnostische und therapeutische Studien. In dieser Arbeit wurden ausgiebig die Einzelschritte der PMCA Methode, insbesondere die Quantifikation der Western Blot Bande und die Auswirkungen der Sonifikationsleistung und der Inkubationszeit auf die Amplifikationseffizienz untersucht. Je nach Stärke der Sonifizierung ändert sich die Effizienz der PMCA Reaktion (Kap.‎3.1.2) . Eine Amplifikation ohne Sonifikation ist möglich, scheint aber nicht autokatalytisch aktives PrPres zu erzeugen und erfüllt somit nicht die Prion Hypothese ‎3.1.3 und ‎4.1). Neues PrPres kann als seed für weitere Amplifikationen dienen (Kap. ‎3.1.6). Parallelansätze zeigten die Reproduzierbarkeit der PMCA, so dass vergleichende Studien mit unterschiedlichen Reaktionsansätzen einen Vergleich der Amplifikationseffizienz ermöglichen (Kap ‎3.1.5). Die Intensitätsmessung von Western Blot Banden repräsentiert die Proteinmenge in vitro (Kap. ‎2.2.6). Es konnte gezeigt werden, dass PrPC und PrPSc essentiell für die Durchführung der Reaktion sind. Somit konnte gezeigt werden, dass die PMCA im Einklang mit der Prionhypothese steht, die besagt, dass ein pathogener PrPSc-Seed die Umfaltung von nativem PrPC initiiert. (Kap ‎3.1.4 und ‎3.2). Die molekulare Spezifität der PMCA Reaktion wurde hervorgehoben durch die Erkenntnis, dass rPrP die Amplifikation in vitro hemmt (Kap. ‎3.2, Bieschke et al., 2004). Prion Proteine binden Kupfer in vivo (Brown et al., 1997a) und in geringerer Affinität auch Ni, Mn und Zn (Jackson et al., 2001). Die Rolle von Metallen bei der Konversion von PrPC zu PrPSc ist noch nicht endgültig geklärt. In dieser Arbeit wurde erstmals gezeigt, dass bei Zugabe von Mn, Ni und Zink in ca. 10fach physiologischen Konzentrationen von 50µM und unphysiologischen 500µM die PrPres Amplifikation gefördert wird, während Cu keinen Effekt zeigt (Kap. ‎3.3.1). Gleichzeitig verringern alle Metallionen die Stabilität von neu entstandenem PrPres gegenüber PK (Kap. ‎3.3.2). Man kann sich den destabilisierten Zustand als ein Metallgebundenes PrP-Zwischenprodukt in der Umfaltung von PrPC zu PrPSc vorstellen (Sarafoff et al., 2005). Die PMCA Reaktion wie von Saborio et al. beschrieben hat einige Nachteile. Man arbeitet mit infektiösem Material in einem offenen System und verursacht eine Kontaminaton der Sicherheitswerkbank. Es wurden zwei Systeme zur automatischen Amplifikation im geschlossenen System entwickelt. Der Wasserbadamplifikator sonifizierte zyklisch das temperierte Becken in dem die Proben in einem Schwimmer genau positioniert wurden (Kap. ‎3.4.1). Es zeigte sich eine maximale Amplifikation von 14fach in der Mitte des Bades wohingegen die Konversionseffizienz zum Rand des Beckens hin gleichmäßig absank (Kap ‎3.4.2). Aufgrund der inhomogenen Ergebnisse mit dem Wasserbad wurde mit einem Microplate Horn der Munich Prion Cycler entwickelt, wo der gesamte Boden des Beschallungsbeckens vom Abstrahlkopf der Ultraschallsonotrode besteht, so dass eine homogene Leistungsverteilung erwartet wurde. Die Proben befanden sich in einer mit Plastikfolie versiegelten Mikrotiterplatte, so dass Verluste und Kontaminationen ausgeschlossen werden konnten (Kap. ‎3.4.3). Es konnte eine gleichmäßigere Amplifikation von 3,0 ± 0,7 gezeigt werden, wobei kein Abfall der Faktoren am Rand der Platte festzustellen war (Kap. ‎3.4.4). Es konnte mit den beiden hier vorgestellten Systemen zum ersten Mal eine Amplifikation von PrPres mit indirekter Sonifikation von verschlossenen Proben und dem Einfluss der Ultraschallleistung auf die Amplifikation gezeigt werden (Sarafoff et al., 2005). Dies zeigte auch, dass die Metalloberfläche der Sonotrode bei der manuellen PMCA keine katalytische Funktion bei der Konversion des Kupferbindenden PrPC zu PrPres innehat. Der Munich Prion Cycler ermöglicht eine homogene Amplifikation von Parallelproben im Mikrotiterformat. Die Entwicklung der ELISA Technologie zur Quantifizierung von PrP in Homogenaten wird in Zukunft ein limitierender Schritt in der Automatisierung der PMCA Reaktion sein (Kap. ‎2.2.7 und ‎4.4).

Ein zentrales Ereignis in der Pathogenese der Prionkrankheiten ist die strukturelle Konversion des zellulären Prionproteins (PrPC) in eine infektiöse Isoform (PrPSc). Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die von der Prion-Hypothese angenommene Eigenschaft von PrPSc zur autokatalytischen Vermehrung durch serielle PMCA-Reaktionen experimentell belegt und die Vermehrung von Infektiösität in vitro dargestellt. Die Fragmentierung der PrP-Aggregate in kleinere Aggregationskeime hat sich dabei für eine effiziente autokatalytische Prion-Replikation als essentiell erwiesen. Diese Ergebnisse sprechen für die Richtigkeit des „seeded polymerisation“-Modells der PrPSc-Bildung und liefern einen experimentellen Beleg für die Prion-Hypothese. Die Übertragbarkeit von Prionkrankheiten auf andere Spezies wird durch den Grad der Primärsequenz-Identität von PrPC und PrPSc entscheidend beeinflusst, wobei die Existenz von Erregerstämmen mit gleicher Primärsequenz und unterschiedlichen Übertragbarkeiten eine Herausforderung für die Prion-Hypothese darstellt. Durch die in dieser Arbeit durchgeführten in vitro Konversionsstudien mit chimären Prionproteinen konnte gezeigt werden, dass Unterschiede in den Aminosäuren 155 und 170 die Speziesbarriere zwischen Maus und Rötelmaus wesentlich beeinflussen, wobei die durch Punktmutationen hervorgerufene Veränderung der Konversionseffizienz vom Erregerstamm abhängig ist. Die in vivo beobachtete hohe Empfindlichkeit der Rötelmaus gegenüber Scrapie konnte nicht auf die Primärsequenz zurückgeführt und muss daher von zusätzlichen Wirtsfaktoren bestimmt werden. Die Relevanz des bisher nicht identifizierten „Protein X“ als entscheidender Kofaktor ist aufgrund der Sequenzidentität des postulierten „Protein X“-Bindungsepitop bei Maus und Rötelmaus in Frage zu stellen. Die Speziesbarriere ist daher als Transmissionsbarriere zu verstehen, welche von der Primärsequenz der beiden Isoformen des Prionproteins, der Struktur-kompatibilität von PrPC und PrPSc und von zusätzlichen Wirtsfaktoren beeinflusst wird. Um die Höhe einer Transmissionsbarriere vorauszusagen, ist daher neben der Identifizierung der zusätzlichen Wirtsfaktoren die Aufklärung der PrPSc-Struktur erforderlich. Da dies aufgrund der biophysikalischen Eigenschaften von PrPSc mit klassischen Verfahren nicht möglich ist, wurde eine Methode zur kovalenten Vernetzung von PrP-Aggregaten etabliert, die es ermöglicht Interaktionsflächen in PrPSc zu analysieren und so relevante Strukturinformationen zu gewinnen.

Prion diseases are a group of rare, fatal neurodegenerative diseases, also known as transmissible spongiform encephalopathies (TSEs), that affect both animals and humans and include bovine spongiform encephalopathy (BSE) in cattle, scrapie in sheep, chronic wasting disease in deer and elk and Creutzfeldt-Jakob disease (CJD) in humans. TSEs are usually rapidly progressive and clinical symptoms comprise dementia and loss of movement coordination. A common hallmark of TSEs is the accumulation of an abnormal isoform (PrPSc) of the host-encoded prion protein (PrPc) in the brains of affected animals and humans. PrPc is a highly conserved cell surface sialoglycoprotein that is expressed in several cell types, mainly neuronal cells, but its normal physiological function is still not known. However, PrPc is elementary for the acquisition and the replication of prion diseases. Several inhibitors of the PrPSc formation have been reported, but none of them showed great potency in an in vivo application. Thus, the identification of the 37kDa/67kDa laminin receptor (LRP/LR) as the cell surface receptor for prions opened a new direction for the development of a TSE therapy. Currently, no treatment to slow down or stop the disease process in humans with any form of CJD is established. However, several strategies have been investigated to find an anti-prion treatment including development of a vaccination therapy and screening for potent chemical compounds. In scrapie-infected neuronal cells, which represent a widely used and well characterized in vitro model for transmissible spongiform encephalopathies, the accumulation of PrPSc has been prevented by transfection of (i) antisense LRP RNA, (ii) small interfering RNAs targeting the LRP mRNA and (iii) incubation with the polyclonal anti-LRP antibody W3. Furthermore, the knock down of surface LRP/LR resulted in a reduction of the cellular PrP levels, suggesting an interference with the PrP internalization process. Thus, LRP/LR is required for the PrPSc propagation in vitro and involved in the PrPc metabolism.Due to the existence of several LR genes, a major step to investigate the role of the 37kDa/67kDa laminin receptor in scrapie pathogenesis in vivo is the generation of transgenic mice exhibiting a lower level of LRP/LR. Hemizygous transgenic mice that express LRP/LR antisense RNA under the control of the neuron-specific enolase (NSE) promoter were generated and showed a reduced LRP/LR protein level in the cerebellum and the hippocampus. Intracerebral inoculation of these transgenic mice with the scrapie agent will show, whether the accumulation of pathogenic PrPSc in the brain is delayed or prevented due to a reduced LRP/LR level. A further therapeutic anti-prion approach is given by LRP/LR deletion mutants that can be secreted to the cell culture medium and might act as decoys. Previously, it has been demonstrated that a transmembrane deletion mutant is able to prevent PrPc binding and internalization. In vitro studies using an N-terminally truncated LRP mutant, representing the extracellular domain of LRP/LR (LRP102-295::FLAG), revealed a reduced binding of (i) recombinant cellular PrP to mouse neuroblastoma cells, (ii) infectious moPrP 27-30 to BHK21 cells and (iii) interfered with the PrPSc propagation in chronically scrapie-infected mouse neuroblastoma cells. Furthermore, a cell free binding assay demonstrated the direct binding of the LRP102-295::FLAG mutant to both PrPc and PrPSc. These results together with the finding that that endogenous LRP levels remain unaffected by the expression of the mutant indicate that the secreted LRP102-295::FLAG mutant may act in a trans-dominant negative manner as a decoy by trapping PrP molecules. To investigate the therapeutic potential of the LRP102-295::FLAG decoy mutant in vivo transgenic mice were generated ectopically expressing LRP102-295::FLAG in the brain. Animals showed no phenotype and transgene expression was detected in cortical and cerebellar brain regions. An intracerebral prion inoculation of these mice will prove whether the expression of the LRP102-295::FLAG mutant can impair the PrPSc accumulation in the brain and can thus, act as a alternative therapeutic tool in prion diseases. The recent finding that experimental introduction of RNA can be used to interfere with the function of an endogenous gene (RNA interference) provided another tool for the development of gene-specific therapeutics. In order to evaluate a gene transfer therapeutic TSE strategy, human immunodeficiency virus (HIV)-derived vectors that express short hairpin RNA (shRNA) directed against the LRP mRNA were used. Following integration of LRP-shRNA-expressing lentiviral vectors into the genome of neuronal cells efficient LRP/LR downregulation was observed. In scrapie infected neuronal cells, downregulation of the LRP gene expression resulted in a diminishment of PrPSc propagation, providing a further therapeutic strategy in the development of a TSE treatment.

Prions are unconventional pathogens that cause transmissible spongiform encephalopathies (TSEs). According to the "protein only" hypothesis, prions consist of an infectious protein that is capable of converting a normal host protein termed PrPc into a protease resistant form termed PrPSc. PrPSc is poorly degraded by the host and accumulates in the CNS. Normal biological functions of PrPc and mechanisms involved in neurodegeneration remain obscure. During the past two decades, considerable efforts have been made to elucidate prion diseases and in particular to identify PrP interactors for a better understanding in prion biology. A major break-through was the identification of the 37 kDa laminin receptor (LRP), which represents the precursor of the human 67 kDa high-affinity laminin receptor (LR), as the cell surface receptor for the cellular prion protein. We investigated the role of LRP/LR in the propagation of PrPSc in chronically infected cells by different approaches. Three strategies resulted in downregulation or blocking of LRP and prevented PrPSc accumulation in different scrapie infected neuronal cell lines (i) transfection with an antisense LRP RNA expression plasmid (ii) transfection with small interfering (siRNAs) specific for the LRP mRNA and (iii) incubation with the polyclonal anti-LRP antibody, W3. We observed that the treatment with W3 abolished PrPSc deposition and reduced PrPc levels after one week of incubation. PrPSc did not reappear in cells being cultured for 14 additional days without therapeutic antibody treatment. Taken together, these results indicate that LRP is not only required for PrPc metabolism under non-pathological conditions but also has a pivotal role in prion propagation in a cell culture model. LRP/LR appears then to be a promising potential target for the development of therapeutics for the treatment of prion disease. Due to these encouraging cell culture data, we decided to select single chain antibodies (scFv) encompassing a suitable format for therapy. ScFvs are composed of variable parts of heavy and light chains of an immunoglobulin that are connected by a peptidic linker. The antibodies were screened on recombinant GST::LRP employing a phage display strategy. Two scFvs termed N3 and S18 were screened and selected by ELISA. Both antibodies were further characterized by western blotting and FACS analysis: both N3 and S18 specifically recognized mouseLRP and humanLRP overexpressed in mammalian cells under denaturating conditions (western blot) and under native conditions at the cell surface (FACS). Epitope mapping revealed that as expected both scFvs are directed against the extracellular part of LRP: S18 and N3 recognized amino acid residues 225-233 and 273-278, respectively. The ability of N3 and S18 to interfere with LRP/PrP interaction was tested by pull-down assays. In contrast to the control scFv C9 directed against the pre-S1 coat-protein of hepatitis B virus, both anti-LRP scFvs were able to block the specific LRP/PrP binding. In order to investigate a potential curing effect of scFv S18 in vivo, this scFv was tested in a scrapie mouse model by passive immunization. The application of S18 by intra-peritoneal injection was able to reduce PrPSc deposition in the spleen in comparison to mice injected with PBS or C9. However the survival times of S18 treated animals was not increased. Anti-LRP scFv S18 seems to contribute to block prion propagation in the periphery but it is likely that this effect was not enough strong to have an impact on the CNS invasion. Thus, we hypothesized that a strategy targeting directly the brain should be more effective. In this context, an approach based on the expression of single chain antibodies as secretory molecules in the brain via an adeno-associated virus (AAV) vector was initiated. To assure secretion of the scFv expressed in mammalian cells, a signal sequence was fused to the scFvs. Tranfection experiments demonstrated that neuronal cells were able to express and secrete high quantities of both scFvs. Furthermore, the generated scFvs were still functional as shown by western blotting. To find the appropriate AAV serotype for scFv expression, neuronal cells were transduced with varying serotypes carrying a GFP. AAV serotype 2 was chosen due to (i) its good transduction performance in two neuronal cell lines and (ii) the possibility of its purification by affinity chromatography. The sequences encoding for the scFvs N3, S18 and C9 have been cloned in an AAV-based vector. The AAV system was also able to drive high expression of scFvs into the supernatant by transfection or transduction. rAAV-scFv particles were produced and purifed for further stereotaxic injections into mice. Although the investigation of this therapeutic strategy is still in progress in a murine scrapie model, we already proved that a single injection of rAAV led to the expression of scFvs into the brain of mice 30 days post injection. This study represents the first gene therapeutic approach for the treatment of prion diseases.

Prion-Erkrankungen sind tödlich verlaufende, neurodegenerative Erkrankungen, die sporadischen, hereditären oder infektiösen Ursprungs sein können. Die Missfaltung des zellulären Prion-Proteins (PrPC) spielt eine zentrale Rolle bei der Pathogenese. In der vorliegenden Arbeit wurden zwei verschiedene Themenbereiche bearbeitet: zum einen die Analyse der Faltung und Maturierung krankheitsassoziierter Mutanten und zum anderen die Wirkung einer Anti-Prion-Substanz auf die Biogenese von PrPC und die Propagierung von infektiösem PrPSc. Hierfür wurden verschiedene humanpathogene Mutanten, sowie andere Punkt- und Deletionsmutanten in Maus-Neuroblastomzellen untersucht. Im ersten Teil dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass zwei Mutationen, die Prion-Erkrankungen beim Menschen hervorrufen (T183A und F198S), die Faltung und Biogenese von PrP beeinträchtigen. Im Gegensatz zu PrPC, nehmen diese Mutanten im ER spontan eine missgefaltete Konformation an und erhalten weder eine komplexe Glykosilierung noch einen GPI-Anker. Die missgefalteten Mutanten werden nicht durch eine ER-assoziierte Degradierung eliminiert, sondern in ihrer High Mannose Form sekretiert. Darüber hinaus können die sekretierten Formen von benachbarten Zellen wieder aufgenommen werden. Diese Studie leistet einen wichtigen Beitrag zur Klärung der Missfaltung von T183A und F198S, welche offenbar mit einer Destabilisierung des hydrophoben Cores von PrP assoziiert ist und verdeutlicht außerdem, dass ein Zusammenhang zwischen der Faltung und den posttranslationalen Modifikationen von PrP besteht. Der zweite Teil der Arbeit konzentriert sich auf den Wirkungsmechanismus der Anti-Prion-Substanz Suramin. Es konnte gezeigt werden, dass der Effekt von Suramin auf einer Entfernung von PrPC von der Zelloberfläche beruht. So induziert Suramin eine Missfaltung von PrPC an der Plasmamembran, was eine anschließende Internalisierung und rasche Degradierung zur Folge hat. Dabei sind Missfaltung und Internalisierung zwei aufeinander folgende Prozesse, die von unterschiedlichen Domänen von PrPC vermittelt werden. Während die Suramin-induzierte Missfaltung vom proximalen Bereich des C-Terminus abhängt, ist der N-Terminus für die Endozytose verantwortlich. Diese Analyse verdeutlicht, dass in neuronalen Zellen eine Qualitätskontrolle zur Entfernung missgefalteter PrP-Formen von der Zelloberfläche besteht und liefert außerdem einen entscheidenden Ansatz für die Entwicklung effizienterer Anti-Prion-Strategien.

Die sporadische Einschlusskörpermyositis (s-IBM) ist eine chronisch progressive, entzündliche Muskelerkrankung. Die Pathogenese der s-IBM ist unklar, es werden verschiedenste Mechanismen diskutiert. Die in dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen zur Sequenz des Prion-Gens bei Patienten mit s-IBM stellen in diesem Zusammenhang einen wichtigen Beitrag zur Klärung der Pathogenese der Erkrankung dar. Es wurden bei 35 s-IBM Patienten die Zygotie am Kodon 129 des Prion-Gens und die Sequenz des Prion- und des aB-Crystallin-Gens untersucht. Dabei fand sich eine signifikante Häufung der Methionin/ Methionin-Homozygotie bei s-IBM-Patienten im Gegensatz zum deutlichen Überwiegen der Methionin/Valin-Heterozygotie bei der gesunden Kontrollpopulation. Außerdem wurde in dieser Arbeit bei einem s-IBM-Patienten eine bis dahin noch nicht beschriebene Mutation H140R im Prion-Gen gefunden. Der Bereich dieses Aminosäureaustausches liegt in einer bei Säugetieren hochkonservierten Region und ist möglicherweise nicht neutral in Bezug auf die Funktion des Prion-Proteins. Die Funktion des aB-Crystallins als Chaperon, welches neben der korrekten Proteinfaltung möglicherweise auch die Umfaltung von Proteinen in pathologische Formen wie z.B. in PrPsc katalysiert, macht dieses Protein interessant im Hinblick auf die Funktion des Prion-Proteins.In der Mutationsanalyse im Rahmen dieser Arbeit wurden sieben Patienten auf Mutationen im gesamten aB-Crystallin-Gen und insgesamt 24 Patienten auf Sequenzabweichungen im dritten Exon untersucht. Es stellte sich heraus, dass es bis auf einen schon bekannten Polymorphismus (A117A) keine weiteren Abweichungen von der Wildtypsequenz gab. Lediglich bei einem Patienten fand sich der A117A-Polymorphismus ohne konsekutiven Aminosäureaustausch.

Transmissible spongiform encephalopathies (TSEs) are degenerative diseases of the central nervous system in humans and animals, and include Creutzfeldt-Jakob disease (CJD) in humans, scrapie in sheep and bovine spongiform encephalopathy in cattle. These spongiform encephalopathies can manifest as sporadic, familial and acquired disorders and are caused by the conformational alteration of the non-pathogenic cellular prion protein (PrPc) into a infectious isoform denoted PrPSc. The latter therefore represents a pathogenic agent (prion) which does not contain nucleic acids. During biogenesis, PrPc undergoes posttranslational modifications with the addition of two N-linked carbohydrate chains and a glycosyl-phosphatidyl-inositol-(GPI)-anchor. Properly folded PrPc transits through the Golgi compartment and the secretory pathway and is attached to the outer leaflet of the plasma membrane by the GPI-anchor. The cellular function of the prion protein is still unknown, although binding of copper to the octapeptide repeat sequence located at its N-terminus suggests a role of PrPc related to this phenomenon. In the present work, the physiological function of the N-terminal part of PrPc in subcellular trafficking was analysed. Metabolic labelling and surface-biotinylation assays were performed in order to compare the intracellular trafficking and turnover of PrPc mutants showing specific deletions within their N-terminal sequence with those of wild type PrPc (wtPrPc). Upon transient expression of these constructs in murine neuroblastoma cells, these deletions, although not influencing the biochemical properties or the cell surface expression of these proteins, lead to a delay in their endocytosis. The prolongation of the internalisation kinetics was shown to be dependent on the length of the deletion: truncation of the complete N-terminus leads to the almost complete inhibition of internalisation. The analysis of the kinetics of degradation showed a similar correlation with the N-terminal part of PrPc, since the half-life of the PrP-mutants was significantly prolonged when compared to that of the wild type protein. Additionally performed detailed analysis of the secretory pathway with immunoprecipitation assays showed that N-terminally truncated PrP molecules reach the plasma membrane at a later time point, when compared with wtPrPc. A closer analysis of the processing of the sugar molecules linked to these proteins performing an Endo-H digestion revealed that this delay in the transport to the cell surface takes place in a cellular compartment following the mid-Golgi. The following studies were done with a chimeric protein consisting of the short N-terminal segment of Xenopus laevis, which does not contain the copper-binding octarepeat region, fused to the N-terminally truncated mouse PrPc. These studies showed that endocytosis of this protein and its transport through the secretory pathway were comparable to those of the mouse wtPrPc. It was therefore concluded that the N-terminus belonging to a phylogenetically remote species can rescue the wild type trafficking phenotype. These results indicate that the N-proximal domain of the prion protein functions as a targeting element and is essential for both transport to the plasma membrane and modulation of endocytosis. The data support a model in which the N-terminal part of PrPc represents an epitope for binding to a transmembrane receptor containing internalisation-promoting motifs or for inclusion of PrPc into the secretory raft-compartments. The present work also indicates for the first time that copper affinity of the octarepeats and subcellular trafficking represent separate aspects in the life-cycle of the prion protein.

Prionen Erkrankungen sind neurodegenerative Erkrankungen, bei denen die abnormale Form (PrPSc) des zellulären Prion Proteins (PrPC) eine entscheidente Rolle spielt. PrPSc lagert sich im Gehirn von Menschen und verschiedenen Säugetieren zu langen Ketten, sogenanntem Amyloid, zusammen und bildet amyloide Plaques. Dies führt letzendlich zum Tod des Individuums. Die Pathogenese und die zelluläre Funktion des Prion Proteins ist jedoch noch nicht vollständigig verstanden. Es wird vermutet, daß PrPC, sowie PrPSc mit verschieden Makromolekülen interagieren. In dieser Dissertation wird die Interaktion des 37-kDa/67-kDa Laminin-Rezeptor (LRP/LR) mit dem Prion Protein beleuchtet. Dabei konnte gezeigt werden, das beide Proteine an der Zelloberfläche von neuronalen Zellen interagieren und daß LRP/LR für die Internalisierung von rekombinantem PrPC notwending ist. Diese Internalisierung ist ein aktiver, rezeptorvermittelter Prozess. Darüberhinaus konnte gezeigt werden, daß LRP/LR notwendig für die Propagation des abnormalen Prion Proteins, PrPSc, in scrapie-infizierten neuronalen Zellen ist. Scrapie-infizierte neuronale Zellen stellen ein Modellsystem für PrPSc-Infektionen dar. Verschiedene Isoformen von LRP/LR aus Mäusehirn sind identifiziert worden und binden PrPC in overlay-assays. Damit konnte eine Interaktion aller Isoformen mit dem Prion Protein gezeigt werden. PrPC konnte in großen Mengen in der Hefe Pichia pastoris hergestellt werden. Dabei wurde sowohl eine monomere Form, als auch ein kovalent verknüpftes Dimer des Proteins von der Hefe produziert. Beide Proteine wurden biochemisch charakterisiert und stellen ein Substrat für Kristallisations- und Funktionsstudien dar.

Prions have been extensively studied since they represent a new class of infectious agents in which a protein, PrPSc (prion scrapie), appears to be the sole component of the infectious particle. They are responsible for transmissible spongiform encephalopathies (TSEs), which affect both, humans and animals. Human prion diseases occur in infectious, sporadic or genetic forms. The "protein only" hypothesis argues that the key event in the pathogenesis represents the conversion of the normal host protein, PrPc, into its pathogenic isoform PrPSc. Prion diseases have been associated with the accumulation of this abnormally folded protein and its neurotoxic effects. However, it is not known if PrPc loss of function is an important factor since the normal biological function of PrPc, a cell surface-anchored glycoprotein predominantly expressed in neuronal cells, and the cellular processes in which this protein is involved remain obscure. Recently, the human 37 kDa laminin receptor precursor (LRP), which represents the precursor of the human 67 kDa high-affinity laminin receptor (LR), was identified as a binding partner for the cellular prion protein in a yeast two-hybrid screen. In order to characterize the possible role of LRP/LR as a cell surface receptor for PrPc, cell culture studies were performed to investigate the cellular localization of PrP and LRP/LR and to analyse the binding and internalization behaviour of PrP depending on the presence of LRP/LR on the cell surface of neuronal and non-neuronal cells. Immunofluorescence analysis of non-permeabilized murine neuroblastoma cells demonstrated that PrP and LRP/LR co-localize on the surface of these cells. In addition, baby hamster kidney (BHK) cells transfected with recombinant Semlik-Forest virus RNAs overexpressed human PrP and human LRP at their cell surface, the latter one orientated as a type II transmembrane protein with its C-terminus outside and its N-terminus inside the cell. Co-localization of both proteins was observed on BHK cells co-transfected with LRP and PrP encoding recombinant SFV RNAs. Cell binding and internalization assays with recombinant human PrP demonstrated the LRP/LR-dependent binding and endocytosis of externally added human PrP. An increased, dose-dependent cell binding of recombinant PrP was demonstrated by BHK cells overexpressing full-length human LRP on their cell surface. Trypsin treatment of the cell surface revealed the LRP dependent internalization of GST-tagged and untagged, glycosylated PrP. In contrast to wild-type LRP, the expression of an LRP mutant lacking its transmembrane domain led to the secretion of this mutant from transfected BHK cells and totally abolished the binding and internalization of exogenous, recombinant PrP. This LRP mutant could function as a decoy recetor in therapy of TSEs. The strict LRP/LR specificity of the PrP binding to neuronal cells was verified by testing the displacement capacity of a series of different antibodies in the LRP-PrP binding reaction. Only LRP and PrP specific antibodies were able to block totally the binding of human GST-fused PrP to N2a and NT2 cells whereas various control antibodies used for competition showed no effect. Mapping analyses in the yeast two-hybrid system and cell-binding assays identified direct and heparan sulfate proteoglycan (HSPG)-dependent interaction sites mediating the binding of cellular PrP to the 37-kDa/67-kDa LRP/LR. The relationship between the 37-kDa LRP and the 67-kDa high-affinity LR is unknown so far. Both forms were observed in plasma membrane fractions of N2a cells. We conclude from these data that the 37-kDa/67-kDa laminin receptor acts as the main cell surface receptor for PrP. High-level expression and purification of recombinant, glycosylated prion proteins in mammalian cells is essential for a better understanding of the physiological function of PrPc and biochemical processes responsible for prion diseases. Due to the presence of important organelles, membranes and other cellular cofactors which are necessary for the correct processing, trafficking and localization of prion proteins mammalian cell culture systems such as the Semliki-Forest virus (SFV) system allow the synthesis and characterization of wild-type as well as mutant PrP to get a better insight into the biology of these proteins. Therefore, the SFV system was used to generate recombinant highly glycosylated human wild-type and human disease-associated mutant prion proteins as well as FLAG-tagged human and bovine PrP in cultured BHK cells. Both mutated variants, which are related to the human prion diseases fatal familial insomnia (FFI) and Creutzfeldt-Jakob disease (CJD) reveal proteinase K (PK) resistance, one of the most typical biochemical properties characteristic for the infectious scrapie isoform of the prion protein. The subcellular location of both PrP mutants at the cell surface and in intracellular compartments of transfected BHK cells was similar to that of wild-type PrP without any significant differences regarding the cellular distribution and expression level. In addition, FLAG-tagged prion proteins were expressed with high efficiency in BHK cells showing the typical glycosylation pattern allowing the rapid and simple purification via anti-FLAG antibody chromatography. PrP dimers could play an essential role in the PrPc to PrPSc conversion process and might be involved in PrP interspecies transmission. Recently, crystallization of the prion protein in a dimeric form was reported. Size exclusion chromatography showed that native soluble homogeneous FLAG tagged prion proteins from hamster, man and cattle expressed in the baculovirus system were predominantly dimeric. The PrP/PrP interaction was confirmed in rec. SFV-RNA transfected BHK cells co-expressing FLAG and oligohistidine tagged human PrP. The yeast two-hybrid system identified the octarepeat region and the C-terminal structured domain (aa90-aa230) of PrP as PrP/PrP interaction domains. The identification of the 37-kDa/67-kDa laminin receptor as the receptor for the cellular prion protein might represent an important step for a better understanding of the molecular biology of prion diseases and might lead to the development of powerful therapeutics such as LRP/LR specific antibodies for the treatment of these unconventional diseases.

Die LQYLWUR Selektion ermöglicht es aus kombinatorischen Nukleinsäurebibliotheken Oligonukleotidsequenzen zu identifizieren, die verschiedenste Zielmoleküle mit hoher Affinität und Spezifität binden können. Dadurch haben sich Aptamere zu einer potenten Alternative zu den in der Diagnose, Therapie und als Forschungsreagentien etablierten Antikörper entwickelt. Mit Hilfe der SELEX-Technologie (6ystematic (volution of /igands by (;ponential Enrichment) ist es in dieser Arbeit gelungen, 2' amino-stabilisierte RNA-Aptamere gegen das Neuropeptid Y und ein ausgewähltes, funktionell relevantes Prionproteinepitop zu generieren. Die Anreicherung funktioneller Sequenzen erfolgte durch einen affinitätschromatographischen Prozess. Zudem sollten bereits vorliegende RNA-Aptamere, die gegen das rekombinante Prionprotein in früheren Arbeiten selektiert wurden, charakterisiert werden. Das Neuropeptid Y (NPY), bestehend aus 36 Aminosäuren, gehört zur Familie der pankreatischen Polypeptide und ist bei der Steuerung einer Vielzahl physiologischer und pathophysiologischer Prozesse von Bedeutung. Es wird angenommen, daß durch selektive Bindung unterschiedlicher NPY-Konformationen an die einzelnen GProtein gekoppelten NPY-Rezeptorsubtypen (Y1, Y2, Y3, Y4, Y5 und Y6) unterschiedliche Signale vermittelt werden können. Dieses differentielle Bindungsverhalten von NPY an seine Rezeptorsubtypen ist bisher unvollständig verstanden. Die in dieser Arbeit generierten Anti-NPY-Aptamere binden ihr Zielmolekül -NPY- mit einer Affinität von 370 nM und sind durch eine hohe Spezifität innerhalb der pankreatischen Polypeptidfamilie charakterisiert. Die Bindungsregion des Aptamers an den C-Terminus des Neuropeptid Y wurde durch Kartierungs-Experimente mit NPY-Analoga LQ YLWUR bestimmt. Die NPY-Analoga stellen sowohl verschiedene Untereinheiten von NPY, als auch Modifikationen des Peptides, die zu Rezeptorsubtypspezifitäten führen, dar. Durch Punktmutationen im C-terminalem NPY-Bereich konnte u.a. gezeigt werden, daß die Aminosäure Arginin an Position 33 für die Komplexbildung von NPY und Aptamer essentiell ist. In den Bindungsstudien in Gegenwart selektiver Agonisten zeigte sich, daß die Bindungseigenschaften von NPY am Y2 Rezeptor weitgehend mit denen an das Aptamer übereinstimmen. Die Kompetition des Aptamers mit den Rezeptoren um 3H-NPY wurde an Zellen, die die Rezeptoren NPY-Y1, NPY-Y2, bzw. NPY-Y5 exprimieren, untersucht. Das Aptamer verdrängte NPY mit besonders hoher Affinität am Y2 Rezeptor im Vergleich zur Verdrängung am Y1- bzw. Y5-Rezeptor. Die Anti-NPY-Aptamere weisen ein Bindungsverhalten am NPY vergleichbar zum Y2-Rezeptor auf und stellen damit ein wertvolles Werkzeug zur selektiven Charakterisierung der Interaktion zwischen NPY und seinen Rezeptoren dar. Von entscheidender Bedeutung für die Pathogenese der übertragbaren spongiformen Enzephalopathien ist die infektiöse Form des Prionproteins (PrPSc). Es wird angenommen, daß PrPC durch einen posttranslationalen Prozeß in PrPSc konvertiert werden kann. Trotz identischer Primärstruktur unterscheiden sich die beiden Prionproteinisoformen (PrPC und PrPSc) grundlegend in ihren biochemischen und biophysikalischen Eigenschaften. Die in früheren Arbeiten selektierten Prionprotein-Aptamere sollten im Hinblick auf ihr diagnostisches Potential charakterisiert werden. Erste strukturelle Untersuchungen führten zu der Annahme, daß die RNA-Aptamere ein G-Quartett als stabilisierendes Sekundärstrukturmotiv ausbilden können. Sowohl Kartierungsstudien mit unterschiedlichen Prionproteinpetiden als auch Bindungsstudien mit N-terminal trunkiertem PrPSc zeigten, daß der N-Terminus für die Bindung der Aptamere essentiell ist. In Gelshiftexperimenten mit verschiedenen Hirnhomogenaten konnte die spezifische Bindung der Aptamere an authentisches PrP gezeigt werden. Aufgrund der fehlenden PrPSc-Isoformspezifität der untersuchten Aptamere ist eine diagnostische Anwendung kaum denkbar. Die Bindung der Aptamere in der pKsensitiven, N-terminalen Prionproteindomäne läßt eine Anwendung in Kombination mit Proteinase K-Verdau in Analogie zu den derzeit benutzten BSE-Testverfahren nicht zu. Im letzten Teil der Arbeit sollten RNA-Aptamere gegen einen für die Konversion wichtigen Bereich des Prionproteins (AS 90-129) generiert werden. Es konnte gezeigt werden, daß die in einer vorgeschalteten Prionpeptidselektion (AS 90-129) identifizierten Aptamere in der Lage sind, ihr Zielmolekül im Gesamtkontext des Prionproteins zu erkennen. In funktionellen Studien in persistent Prion-infizierten Neuroblastomzellen wurde eine statistisch signifikante und spezifische Reduktion der Akkumulation von GHQRYR synthetisiertem PrPSc zu hochmolekularen Aggregaten in Gegenwart einer ausgewählten Aptamersequenz beobachtet. Im Verlauf der Pathogenese von spongiformen Enzephalopathien korreliert die PrPSc- Aggregatbildung mit Infektiosität und Neurodegeneration. Damit bieten die selektierten Aptamere möglicherweise eine Ausgangsbasis um Therapeutika zu entwickeln, die den Verlauf der Prionerkrankungen beeinflussen.