Anschlussprojekte | Sonderprojekte

Förderbeginn 01.01.2001

Strukturanalyse von alpha-Synuklein während der Parkinson-typischen Faserbildung

Prof. Dr. rer. nat. Christian Haass
Ludwig-Maximilians-Universität München
Adolf-Butenandt-Institut, Lehrstuhl für Stoffwechselbiochemie

Prof. Dr. Klaus Beyer
Ludwig-Maximilians-Universität München
Adolf-Butenandt-Institut, Lehrstuhl für Stoffwechselbiochemie

Prof. Dr. Charles Glabe
University of California, Irvine
Department of Molecular Biology and Biochemistry


Im Verlauf der Parkinson'schen Krankheit bilden sich Fasern aus unlöslichem a-Synuklein (alphaSYN). Dabei ist der mittlere Teil von alphaSYN (sog. NAC) von entscheidender Bedeutung. Wir haben eine Methode entwickelt, mit der wir im Reagenzglas die alphaSYN-Faserbildung mittels Zirkulardichroismus- und Kernresonanz-Spektroskopie verfolgen können. Wir wollen nun die für die alphaSYN-Faserbildung kritischen Aminosäureseitenketten identifizieren. Unser Ansatz kombiniert gezielte Mutagenese und biophysikalische Messungen. Es sollen Peptide mit strukturellen Eigenschaften des ganzen alphaSYN-Moleküls synthetisiert werden. Die Aufklärung der dreidimensionalen Struktur von NAC während der Faserbildung mag eine Grundlage bilden für die Entwicklung von Medikamenten gegen die Parkinson'sche Krankheit.

Abschlussbericht
Fibrilläre Ablagerungen von α-Synuclein stellen ein typisches Merkmal der Parkinson – Erkrankung und anderer Synucleinopathien dar. Im Rahmen des genannten Forschungsvorhabens wurde die Aggregation von α-Synuclein und die Bindung des Proteins an Membranoberflächen untersucht. Wir konnten zeigen, daß das Protein an Vesikel mit negativer Nettoladung und an Vesikel, die Packungsdefekte in ihrer Oberfläche aufweisen bindet. Diese Schlußfolgerung ergab sich anhand kalorimetrischer und optischer Messungen aus der Bindungsthermodynamik und der damit gekoppelten Faltung des Proteins (1). Unsere Beobachtungen scheinen darauf hinzudeuten, daß dem Protein eine Funktion bei der Stabilisierung des synaptische Reservepools zukommt. Wir haben dann, auf der Basis userer bisherigen Ergebnisse und im Hinblick auf die NMR-Struktur des helikal gefalteten Proteins, eine Reihe von Peptiden synthetisieren lassen, um die Faltungs- beziehngsweise Aggregationstendenz isolierter Domänen zu studieren. Dabei zeigte sich, daß spontane Helix - Faltung in Gegenwart von Vesikeln mit Oberflächenladungen nur bei der Sequenz 41 - 55 eintritt. In Gegenwart des anionische Detergens SDS dagegen treten besonders stabile Helices für die Peptidfragmete 1 - 25 und 51 - 65 auf. Diese Ergebnisse scheinen die NMR - Resultate anderer Gruppen, die grundsätzlich in Gegenwart von SDS-Mizellen gewonnen wurden, in Frage zu stellen (2-5). Wir wollen in Zukunft neben der Tendenz zur Strukturbildung beziehungsweise Selbstassoziation auch die Wechselwirkung auswählter Peptide mit dem Voll-Längen-Protein untersuchen. Eine detailliertes Studium der Peptid-Protein-Wechselwirkung erscheint vielversprechend vor dem Hintergrund kürzlich beschriebener, transienter Strukturen des α-Synucleins, die die Selbstaggregation des Protein offenbar unterdrücken (6,7)

References:

1. Nuscher, B., Kamp, F., Mehnert, T., Odoy, S., Haass, C., Kahle, P. J., and Beyer, K. (2004) J Biol Chem 279, 21966-21975.
2. Chandra, S., Chen, X., Rizo, J., Jahn, R., and Südhof, T. C. (2003) J. Biol. Chem. 278, 15313-15318.
3. Eliezer, D., Kutluay, E., Bussell, R., Jr., and Browne, G. (2001) J Mol Biol 307, 1061-1073.
4. Bussell, R., Jr., and Eliezer, D. (2003) J. Mol. Biol. 329, 763-778.
5. Ulmer, T. S., Bax, A., Cole, N. B., and Nussbaum, R. L. (2005) J Biol Chem 280, 9595-9603.
6. Bertoncini, C. W., Jung, Y. S., Fernandez, C. O., Hoyer, W., Griesinger, C., Jovin, T. M., and Zweckstetter, M. (2005) Proc Natl Acad Sci U S A 102, 1430-1435.
7. Li, W., West, N., Colla, E., Pletnikova, O., Troncoso, J. C., Marsh, L., Dawson, T. M., Jakala, P., Hartmann, T., Price, D. L., and Lee, M. K. (2005) Proc Natl Acad Sci U S A 102, 2162-2167.