Podcasts about substraterkennung

Vielversprechende Therapieansätze für die Alzheimer Erkrankung basieren auf der Amyloid-Hypothese und beinhalten die Inhibition der β-Sekretase BACE1 und des γ-Sekretase-Komplexes sowie die Aktivierung der α-Sekretase ADAM10. Für die Einschätzung und Minimierung von Nebenwirkungsprofilen ist die Kenntnis weiterer Substrate dieser Sekretasen essentiell. Als ein solches Substrat wurde Typ I Neuregulin1-β (Typ I NRG1-β), ein Mitglied der EGF-Familie von Wachstumsfaktoren, vermutet. In der vorliegenden Arbeit konnte in vitro gezeigt werden, dass Typ I NRG1-β ein Substrat für den γ-Sekretase-Komplex darstellt. Nach erfolgtem Shedding von Typ I NRG1-β katalysiert der γ-Sekretase-Komplex die intramembranäre Proteolyse durch einen Schnitt innerhalb der Transmembrandomäne. Ferner konnte in vitro gezeigt werden, dass BACE1 das Shedding der Isoformen Typ I NRG1-β1 und Typ I NRG1-β4 katalysiert, wobei die β1-Isoform das bevorzugte Substrat von BACE1 darstellt. Typ I NRG1-β2 wird dagegen nicht oder nur in sehr geringem Ausmaß durch BACE1 prozessiert. Für die β1-Isoform wurde die BACE1-Schnittstelle innerhalb der juxtamembranären Region zwischen der Aminosäure-Position Glu236-Phe237 und Met238-Glu239 (EF-ME) von humanem Typ I NRG1-β1 charakterisiert. Es konnte gezeigt werden, dass diese Schnittstelle spezifisch für BACE1 ist und dass keine weiteren BACE1-Schnittstellen innerhalb der juxtamembranären Region von Typ I NRG1-β1 existieren. Neben BACE1 wird das Shedding der β1-Isoform durch α-Sekretasen katalysiert, wobei das Shedding der β1-Isoform hauptsächlich durch ADAM10 erfolgt. Im Gegensatz zur β1-Isoform werden die Isoformen β2 und β4 nicht durch ADAM10 geschnitten. Für die β2-Isoform konnte jedoch ein Shedding durch andere α-Sekretasen in vitro nachgewiesen werden. Die vorliegenden Ergebnisse ermöglichen allerdings keine Aussage dazu, um welche spezifischen α-Sekretasen es sich handelt. Für α-Sekretasen wird kontrovers eine fehlende Schnittstellen-Sequenzspezifität diskutiert. Vermutlich sind für die Substraterkennung neben einer spezifischen Schnittstellensequenz weitere Faktoren von Bedeutung. So konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass die Länge der juxtamembranären Region von Typ I NRG1-β einen entscheidenden Einfluss auf das Shedding durch α-Sekretasen hat. Dabei stellen die Isoformen mit einer kürzeren juxtamembranären Region das bevorzugte Substrat für α-Sekretasen dar. Diese Arbeit zeigt, dass Typ I NRG1-β ein Substrat von allen drei Sekretasen ist, die vielversprechende Therapieansatzpunkte in der Alzheimertherapie darstellen. Durch die Beeinflussung der Aktivität dieser Sekretasen wird somit auch die Proteolyse von Typ NRG1-β beeinflusst und damit letztendlich auch die physiologischen Funktionen von Typ NRG1-β. Im Hinblick auf daraus resultierende Nebenwirkungen ist es daher essentiell, die physiologische Bedeutung der Sekretasen ADAM10, BACE1 und des γ-Sekretase-Komplexes bezüglich der Funktionen von Typ NRG1-β weiter zu analysieren.

In der vorgelegten Arbeit wurden Histonmethyltransferasen untersucht. Die beiden SET-Proteine, Enhancer of Zeste (E(z)) und PRset7 methylieren jeweils spezifische Lysine in den N-Termini der Histonmoleküle H3 bzw. H4 und wurden zu Beginn in E. coli exprimiert. In Histonmethyltransferase-(HMTase)-Versuchen konnte mit E(z) keine Aktivität erzielt werden. Mit einer eingeführten Mutation des aktiven Zentrums („E(z)mut“) und mit E(z) konnte nach der Inkubation mit Drosophila-Kernextrakten an beiden Proteinen die Histondeacetylase Rpd3 nachgewiesen werden, die enzymatisch aktiv war. Unsere Arbeitsgruppe konnte die HMTase-Aktivität eines E(z)-Komplexes bestätigen, die von einer (nicht-mutierten) SET-Domäne abhängt (Czermin et al., 2002). Die Untersuchungen zur Histonmethyltransferase PRset7 begannen mit Aktivitäts- und Spezifitätsversuchen an verschiedenen Substraten. Die nukleosomale Spezifität von PRset7 bestätigte sich gemäß den Ergebnissen von Fang et al. und Nishioka et al. (Fang et al., 2002; Nishioka et al., 2002b). PRset7 unterschied klar zwischen rekombinanten Nukleosomen (Histone rekombinant in E.coli exprimiert) und nativen Nukleosomen (Histone aus Drosophila-Embryos gereinigt), wobei letztere deutlich vermindert methyliert wurden. An rekombinanten, mit PRset7 methylierten Nukleosomen, konnte mit einem H4 K20-methyl-Antikörper eine H4 K20-Methylierung detektiert werden. Mit Hilfe verschiedener, rekombinanter Nukleosomen, deren H4-Moleküle N-terminal unterschiedlich lang waren, konnte die Substraterkennung bzw. -bindung von PRset7 auf maximal 9 Aminosäuren vor Lysin 20 eingegrenzt werden. Durch die Reinigung des Proteins wurde deutlich, dass kürzere Degradationsprodukte von PRset7 den wesentlichen Anteil der detektierten HMTase-Aktivität ausgemacht hatten, ohne die hohe nukleosomale Substratspezifität zu verlieren. Für die Substratherstellung weiterer in vitro-Versuche zur Beziehung zwischen H4-Acetylierung (K12 bzw. K16) und H4-Methylierung (K20) wurde die Histonacetyltransferase MOF rekombinant hergestellt, gereinigt und die enzymatische Aktivität bestätigt. Es ergab sich keine eindeutige positive oder negative gegenseitige Beeinflussung der beiden Modifikationen. Abschließend wurden die verwendeten Antikörper bezüglich ihrer Spezifität untersucht, welche gegeben war.

[NiFe]-Hydrogenasen sind weitverbreitete Enzyme, deren große Untereinheiten ein Metallzentrum enthalten, welches aus einem Nickel- und einem mit drei niedermolekularen Liganden, einem CO und zwei CN, koordinierten Eisenatom besteht. Nach Expression der sie kodierenden Gene durchlaufen die großen Untereinheiten einen komplexen posttranslationalen Reifungsprozess, in dessen Verlauf das [NiFe]-Zentrum schließlich assembliert wird. Der letzte Schritt der Reifungskaskade besteht in der proteolytischen Entfernung eines C-terminalen Peptids durch eine spezifische Reifungsprotease, was das Metallzentrum ins Innere des Proteins bringt. Diese besitzt eine Metallbindestelle, die von drei konservierten Resten ausgebildet wird. Ziel dieser Arbeit war es den Katalysemechanismus dieser Proteasen aufzuklären und Reste bzw. Motive oder Bereiche im Substratprotein und in der Protease ausfindig zu machen, die an der Substratbindung beteiligt sind. Im Rahmen dieses Unterfangens konnten folgende Ergebnisse erzielt werden: 1. Die Metallbindestelle der spezifischen Reifungsprotease dient zur Erkennung des Nickels im Vorläuferprotein der großen Untereinheit und stellt gleichzeitig auch das aktive Zentrum des Enzyms dar. 2. Der N-terminale Rest der Schnittstellenregion spielt keine Rolle für die Prozessierung durch die Protease; seine Funktion liegt im Protonentransfer von und zum aktiven Zentrum. 3. Der C-terminale Schnittstellenrest wirkt als „Hebel“, der den C-Terminus in der richtigen Position hält und damit die korrekte Faltung des Proteins sicherstellt. Diese ist Voraussetzung für die Substraterkennung durch die Protease, die damit konformationsabhängig ist. 4. Die Deletion der letzten 26 Aminosäuren des C-Terminus von HycE resultiert in einer unlöslichen Varianten, die nur noch in der Membranfraktion zu finden ist. Dabei unterliegt diese Variante ebenfalls einem raschen Abbau, der auf eine Konformationsänderung hindeutet. 5. HycH scheint die vorzeitige Bindung von HycG, der kleinen Untereinheit der Hydrogenase 3, an HycE, der großen Untereinheit der Hydrogenase 3, zu verhindern. Mit Hilfe der erhaltenen Ergebnisse konnten zwei mögliche Katalysemechanismen für die Reifungsproteasen postuliert werden. Desweiteren konnte eine potentielle Rolle des C-Terminus in der Substraterkennung durch die Protease dargestellt werden und schließlich auf eine mögliche Funktion des HycH-Proteins hingewiesen werden.