PUB - Publikationen an der Universität Bielefeld

Alzheimer's disease (AD) is the most frequent form of dementia, up to now only partially understood and not curable. Its importance rises with increasing life expectancy and therefore the elucidation of the molecular processes of AD becomes crucial. The A[beta]-peptide, which is produced by the amyloidogenic proteolysis of the Amyloid Precursor Protein (APP), is a main cause of the pathology by Amyloid plaque formation as well as in soluble form. In the context of this work several proteins binding to the APP [gamma]-cleavage site are identified, including Na+-/K+-ATPase, HXK1, DNMI, MAG and 14-3-3, and a possible role concerning the [gamma]-secretase cleavage is discussed. Furthermore the already known interaction of APP and calreticulin (CRT) is characterized regarding an involvement in the production of A[beta]. The binding of the CRT-C domain to APP is not mediated by oligosaccharides and thus does not correspond to the proteins chaperone function. CRT (P domain) also interacts with Presenilin 1 (PS1), the catalytic subunit of the [gamma]-secretase. A general attendance of the protein in the process of [gamma]-cleavage remains unclear, but it seems to act substrate specific. On the one hand the secretase cleavage of APP is probably inhibited by the chaperone and on the other hand it maybe promotes the L1 proteolysis mediated by the enzyme complex. In both cases the CRT-P domain has opposite effects. According to this, CRT functions as a kind of gatekeeper and protects APP against amyloidogenic processing. The protective effect is abolished by separation of the chaperone from the cell adhesion molecule after occurrence of a yet unknown stimulus which is also the case for the exclusively PS1-binding CRT-P domain. In contrast to this, L1 is probably bound by CRT, not by CRT-P domain, and introduced to the [gamma]-secretase which cleaves the cell adhesion molecule after association of both proteins. CRT afterwards leaves the complex either alone or for stabilization of A[beta] in attendance of the peptide. Finally a comparison of the proteolytic processing of APP and L1 by different metalloproteases points out many parallels that allow conclusions concerning similarities of the particular processing and accordant etiopathology. Consolidated, this work points out how complex and little understood the amyloidogenic APP-cleavage as well as the physiological functions of APP and its binding partners are.

---

Die Alzheimer-Krankheit ist die häufigste Form der Demenz, bis heute nur teilweise verstanden und nicht therapierbar. Mit steigender Lebenserwartung gewinnt sie zunehmend an Bedeutung, wodurch das Aufklären der molekularen Abläufe immer wichtiger wird. Dabei ist das, durch amyloidogene Prozessierung des Amyloid Precursor Proteins (APP) entstehende, A[beta]-Peptid sowohl durch Aggregation und Ablagerung in Amyloid Plaques als auch in löslicher Form maßgeblich an der Pathologie der Krankheit beteiligt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Bindepartner der APP-[gamma]-Spaltstelle, eingeschlossen der Na+-/K+-ATPase, HXK1, DNMI, MAG und 14-3-3, identifiziert und eine mögliche Funktion bei der [gamma]-Sekretase-vermittelten Spaltung diskutiert. Des Weiteren wurde die schon bekannte Interaktion von APP und Calretikulin (CRT) hinsichtlich einer Beteiligung an dem Vorgang der A[beta]-Produktion charakterisiert. Die über die C-Domäne erfolgende Bindung an APP ist nicht Oligosaccharid-vermittelt, wie bereits publiziert, und entspricht demnach nicht der Chaperonfunktion von CRT. Darüber hinaus interagiert CRT P-Domänen-vermittelt auch mit Presenilin 1 (PS1), der katalytischen Komponente des [gamma]-Sekretasekomplexes, wobei eine generelle Beteiligung des Proteins an dem Vorgang der [gamma]-Spaltung jedoch noch nicht ganz geklärt ist. CRT scheint jedoch substratspezifisch zu agieren. Während die Sekretase-vermittelte Spaltung von APP durch das Chaperon wahrscheinlich inhibiert wird, fördert es möglicherweise die L1-Prozessierung durch den Enzymkomplex, wobei die einzelnen CRT-P-Domänen einen jeweils gegensätzlichen Effekt haben. Demnach agiert CRT für APP als eine Art gatekeeper mit einer vor der amyloidogenen Proteolyse schützenden Funktion, die durch einen noch unbekannten Stimulus induziert und durch Trennung des Chaperons von dem Zelladhäsionsmolekül aufgehoben wird, wie es bereits bei der nur PS1-bindenden CRT-P-Domäne der Fall ist. Im Gegensatz dazu hat CRT hinsichtlich L1 wahrscheinlich eine [gamma]-Proteolyse fördernde Funktion. Das Substrat wird zuerst von dem Chaperon, nicht von der CRT-P-Domäne, gebunden und so an das aktive Zentrum der Sekretase herangeführt, die nach Bindung beider Proteine die Spaltung des Zelladhäsionsmoleküls ausführt. Anschließend könnte CRT allein oder, zur Stabilisation von A[beta], mit dem Peptid assoziiert den Komplex verlassen. Ein die Arbeit abschließender proteolytischer Vergleich von APP und L1 durch verschiedene Metalloproteasen zeigt viele Parallelen auf, die Rückschlüsse über Gemeinsamkeiten der jeweiligen Prozessierungen sowie entsprechenden Krankheitsverläufe zulassen. Zusammengefasst zeigt diese Arbeit, wie komplex und noch wenig verstanden sowohl die amyloidogene Spaltung als auch die physiologische Funktion von APP und der an das Zelladhäsionsmolekül bindenden Proteine ist.