Analysis of the chaperone-mediated remodeling of the amyloid protein Huntingtin

Abstract

Die Huntington-Krankheit ist eine neurodegenerative Erkrankung, die autosomal-dominant vererbt wird. Sie ist eine Polyglutamin-(PolyQ)-Krankheit, die durch eine verlängerte CAG-Trinukleotid-Wiederholung im Huntingtin-Gen verursacht wird, welche auf Proteinebene zu einem verlängertem Polyglutamin-Stretch führt. Durch alternatives Spleißen und proteolytische Spaltung entstehen N-terminale Fragmente, welche das erste Exon des Proteins enthalten. Es wurde gezeigt, dass diese N-terminalen Fragmente mit einem verlängerten PolyQ-Stretch spontan aggregieren und Amyloid-Fibrillen bilden, was zu motorischen und kognitiven Einschränkungen führt. In dieser Arbeit wurde untersucht, wie die Amyloidbildung durch molekulare Chaperone beeinflusst wird. Es wurde bereits gezeigt, dass ein trimerer Chaperonkomplex bestehend aus DNAJB1, Hsc70 und Apg2 die Aggregation von Huntingtin-Exon1 (HTTEx1) verlangsamt und HTT-Fibrillen wieder disaggregieren kann. Hier wurde nun die Bindungsstelle zwischen HTTEx1 und DNAJB1 untersucht und dabei die Notwendigkeit der Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen zur Stabilisierung der DNAJB1/HTTEx1-Bindung festgestellt. Da gezeigt werden konnte, dass DNAJB1 in vitro der geschwindigkeitsbestimmende Faktor bei der Modulation der Huntingtin-Aggregation durch den trimeren Chaperonkomplex ist, wurde hier der Effekt der Überexpression des J-Proteins auf die Aggregation von HTTEx1 in vivo untersucht. In einem Huntington-Krankheits Modell in C. elegans führte die Überexpression von DNJ-13 (dem C. elegans-Ortholog von DNAJB1) zu einer erhöhten Aggregation von HTTEx1. Wenn die Bindungsstelle für DNJ-13 in HTTEx1 nicht vorhanden war, änderte sich die Aggregationsneigung bei Überexpression von DNJ-13 nicht signifikant. Dies weist darauf hin, dass in einem mehrzelligen Organismus mit unterschiedlichen Geweben zusätzliche Faktoren eine Rolle spielen. Darüber hinaus wurde die Wirkung von DNAJB1 und Hsc70 auf die Bildung flüssiger Kondensate von HTTEx1 und deren anschließenden Phasenübergang von flüssig zu fest untersucht. Während DNAJB1 und Hsc70 den Phasenübergang von HTTEx1 von flüssig zu fest unterdrücken konnten, wurde dieser Effekt nicht beobachtet, als die Bindungsstelle für DNAJB1 nicht vorhanden war.