Regulation der Genexpression und der neuroprotektiven Wirkung von ADAM10

Leitung:		Dr. Kristina Endres
Institut:		Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie, Universitätsmedizin Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Homepage:		www.unimedizin-mainz.de/psychiatrie

Ein zentrales Molekül der Alzheimerschen Erkrankung stellt das Amyloid-Vorläufer-Protein (APP) dar. Es wird u.a. im Gehirn des Menschen gebildet und dort durch mehrere Enzyme gespalten: Eines dieser Enzyme ist BACE-1, das zur Bildung von toxischen APP-Fragmenten führt, die Nervenzellen schädigen und in senilen Plaques im Gehirn der Patienten abgelagert werden. Das Enzym ADAM10 hingegen verhindert die Freisetzung der toxischen Fragmente und führt zur Sekretion eines Neuronen-schützenden Spaltprodukts von APP. Transgene Alzheimer-Modell-Mäuse, die ADAM10 vermehrt bilden, zeigen daher weniger Plaques im Gehirn und ein verbessertes LernvermöGen. Ziel unserer Forschung ist es, die Regulation der Bildung von ADAM10 in Neuronen zu verstehen und diese über eine Aktivierung seines Promotors zu erhöhen. Der Promotor stellt das Steuerungselement des Gens dar und kann gezielt durch zelleigenen Proteine oder durch von außen zugesetzte Substanzen aktiviert werden. Bislang konnten wir Retinsäure – ein Stoffwechselprodukt des Vitamin A – als Regulator der Bildung von ADAM10 identifizieren. Nun soll in weiter gefassten Experimenten eine Vielzahl chemischer Verbindungen und zelleigenen Proteine auf die Fähigkeit hin untersucht werden, eine vermehrte Bildung von ADAM10 zu erzielen. Gleichzeitig prüfen wir, ob so gefundene Regulatoren die Menge an APP oder an BACE-1 in der Zelle beeinflussen. Dafür haben wir die Steuerungselemente (Promotoren) sowohl von ADAM10 als auch von APP und von BACE-1 isoliert und an die Sequenz einer Luciferase angefügt. Diese als Reporter-Vektoren bezeichneten Hilfsmittel erlauben einen einfachen und schnellen Nachweis der Promotor-Aktivitäten in Zellen. Neuronale Zellen werden mit diesen Reporter-Vektoren behandelt und dabei die zu prüfenden Substanzen zugesetzt. Je nach Aktivität des Promotors wird mehr oder weniger Luciferase gebildet. Die Luciferase ist ein Protein, das zur Freisetzung von Licht führt und erlaubt es daher in den Zellen direkt die Aktivität des ADAM10-Promotors abzulesen. Eine transgene Maus mit einem ADAM10-Reporter wird letztlich Aufschluss über die Regulation im lebenden Organismus geben. Wir wollen mit diesem Projekt erkunden, welche Faktoren oder Substanzen die Menge an ADAM10 und BACE-1 bestimmen. Unser Ziel ist es einen therapeutischen Ansatz zur Behandlung der Alzheimer Krankheit zu finden, indem wir die Balance zwischen ADAM10- und BACE-1-Expression zugunsten des neuronenschützenden Enzyms verschieben.

Abbildung 1: ADAM10 und BACE-1: Zwei Konkurrenten um die Spaltung des Alzheimer-relevanten Proteins APP
Das Protein APP (Amyloid-Vorläufer-Protein) wird in Zellen des Gehirns gebildet und ist zunächst in der Membran der Zellen verankert. Durch Spaltung können Teile dieses Proteins freigesetzt werden. BACE-1 spaltet dabei das APP so, dass nach einer weiteren Spaltung (nicht gezeigt) toxische Fragmente (Abeta-Peptide) entstehen, die sich in Plaques ablagern und das Gehirn schädigen. ADAM10 verhindert die Entstehung dieser schädlichen Proteinfragmente und führt zur Bildung eines alternativen APP-Spaltprodukts (APPs-alpha), das Neuronen schützt und ihr Wachstum fördert.






Abbildung 2: Identifizierung von Aktivatoren der ADAM10-Bildung
Das Steuerungselement des menschlichen ADAM10-Gens (Promotor) wird mit der Sequenz für eine Quallen-Luciferase gekoppelt. Wird dieses Produkt in Zellen eingebracht, so erteilt es als sogenannter „Reporter“ Auskunft darüber, ob getestete Substanzen oder zelleigene Proteine einen Einfluss auf den Promotor besitzen. Aktivieren Substanzen den Promotor, so kommt es zur vermehrten Bildung der Luciferase und diese führt zur verstärkten, messbaren Emission von Licht.


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