NGFN-PLUS

Protein-Protein Interaktionsnetzwerke in neurodegenerativen Erkrankungen

Leitung:    Prof. Dr. Erich Wanker
Institut: Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) Berlin-Buch
Homepage: www.mdc-berlin.de

Das Teilprojekt 1 konzentrierte sich auf die Erzeugung und bioinformatische Analyse von Protein-Protein-Interaktions(PPI)-Netzwerken. Anhand dieser Daten sollten funktionelle Module identifiziert werden, die eine essenzielle Rolle bei neurodegenerativen Erkrankungen (NDs) spielen. Außerdem wurden computergestützte Methoden entwickelt, um potenzielle Krankheitsmodulatoren vorherzusagen, die dann experimentell überprüft wurden.

Im Projektverlauf wurden für ca. 1000 ausgewählte ND-bezogene Zielproteine (Abb. 1) über 20.000 PPIs identifiziert und  eine große Anzahl davon mit unabhängigen Methoden validiert. Die Screens wurden sowohl mit der klassischen Y2H-Methode als auch mit weiterentwickelten Technologien, wie cytoY2H und MYTH für Membranproteine durchgeführt. Die PPI-Validierungen erfolgten anhand optimierter FRET- und LUMIER- sowie Pull-down-, Ko-Immunopräzipitations- und funktionaler Assays.

Es konnten umfangreiche Proteinnetzwerke erstellt werden, die es ermöglichen, Krankheitsprozesse auf molekularer Ebene systematisch zu analysieren und neue Zusammenhänge zu erkennen. Unter Hinzuziehung massenspektrometrischer Untersuchungen konnten so zum Beispiel neue Proteinkomplexe vorhergesagt bzw. identifiziert werden, die mit hoher Wahrscheinlichkeit eine wichtige Rolle bei verschiedenen NDs spielen. Einer davon besteht aus den Proteinen Parkin und α-Synuclein, die bei Parkinson (PD) bedeutsam sind und APP, das für die Entstehung von Alzheimer (AD) entscheidend ist. Unsere Studien zeigten, dass beide Proteine die APP-Prozessierung und die Bildung von Amyloid-beta-Peptiden beeinflussen und sie damit nicht nur bei PD sondern auch bei AD eine wichtige Rolle spielen.

Es wurde außerdem ein empirisches System für die genauere Beurteilung von PPI-Daten entwickelt (Venkatesan et al., Nat Methods, 2009), welches im Projektverlauf erfolgreich angewendet werden konnte. Anhand topologischer und ontologischer Kriterien wurde die Qualität jeder gewonnenen PPI bewertet.

Die in diesem Teilprojekt generierten PPI-Netzwerke enthalten somit hochrelevante neue Informationen über Krankheitsprozesse, die eine Etablierung neuer Forschungsschwerpunkte ermöglichen werden und für die Entwicklung innovativer therapeutischer Strategien bedeutend sind. Die Netzwerke enthalten zahlreiche neu identifizierte Interaktionen, die durch Validierungsexperimente bestätigt werden konnten. Die Daten sind von hoher Qualität und somit von erheblichem Wert für die wissenschaftliche Gemeinde und die Öffentlichkeit.



Abbildung 1
: ND-Krankheitsproteine auf denen die Generierung der PPI-Netzwerke beruhte.