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Authors: Weichert, Anna
Title: Der Einfluss einer wildtypischen SOD1-Untereinheit auf Konformation und Stabilität mutanter SOD1-Heterodimere
Online publication date: 4-Dec-2013
Year of first publication: 2013
Language: german
Abstract: Die Erkrankung Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist gekennzeichnet durch eine progressive Degeneration der Motoneurone. Die hierdurch im Patienten hervorgerufene fortschreitende Paralyse kann von wenigen Wochen über Monate bis zu mehreren Jahren variieren. Im Durchschnitt beträgt die Krankheitsdauer 3 - 5 Jahre. Häufig führt respiratorische Insuffizienz letztendlich zum Tod des Patienten. ALS ist bis heute unheilbar. Etwa 10 % aller ALS Fälle zeigen einen familiären Hintergrund. Hiervon werden ~20 % durch Mutationen im Gen des antioxidativen Enzyms CuZnSuperoxiddismutase (SOD1) verursacht. Mehr als 150 Mutationen im Gen der SOD1 wurden bisher als Auslöser der ALS beschrieben. Durch die Mutation erlangen SOD1 Proteine zusätzliche, bisher jedoch unbekannte toxische Eigenschaften. Ein dismutaseaktives SOD1 Enzym setzt sich aus zwei SOD1 Untereinheiten zusammen. Aufgrund der autosomal dominanten Vererbung der Krankheit kann ein SOD1 Dimer im Patienten als wildtypisches Homodimer (SOD1WTâ WT), als mutantes Homodimer (SOD1mutâ mut) oder als Heterodimer (SOD1mut-WT) vorliegen. In dieser Arbeit wurden SOD1 Dimere untersucht, deren Untereinheiten kovalent miteinander verbunden waren. Es konnte gezeigt werden, dass sich die biochemischen und biophysikalischen Eigenschaften mutanter SOD1 Heterodimere von mutanten SOD1 Homodimeren mit der gleichen Mutation unterschieden. Mutante SOD1 Heterodimere wiesen eine höhere Resistenz gegen einen Abbau durch Proteinase K auf als ihre korrespondierenden Homodimere. Des Weiteren verminderte eine wildtypische Untereinheit die Interaktion der Heterodimere mit Antikörpern gegen fehlgefaltete SOD1. Die Sekundärstruktur der mutanten SOD1 Heterodimere unterschied sich hierbei nicht auffällig von der Sekundärstruktur ihrer zugehörigen Homodimere. Eine wildtypische Untereinheit verändert somit möglicherweise die Tertiärstruktur seiner kovalent gebundenen mutanten SOD1 Untereinheit und/oder die Konformation des gesamten Dimerproteins. Durch die Mutation bedingte Missfaltungen werden hierdurch reduziert, die Stabilität des Dimers gegenüber proteolytischem Abbau erhöht. Nach der Aufreinigung der Dimerproteine wies das mutanten SOD1 Heterodimer diese Eigenschaften nicht mehr auf. Ein potentieller Interaktionspartner, der eine verminderte Fehlfaltung des Heterodimers oder eine verstärkte Missfaltung des Homodimers fördert, könnte hierbei während der Aufreinigungsprozedur verlorengegangen sein. Die hier nachgewiesene Konformationsänderung könnte über einen Prionen-ähnlichen Effekt übertragen werden und die erhöhte Stabilität das mutante, toxische Protein vor Degradation schützen. Dies korreliert mit der Beobachtung früherer Studien, in denen nachgewiesen wurde, dass mutante SOD1 Heterodimere potentiell toxischer sind als ihre korrespondierenden Homodimere.
Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disease causing the loss of motor neurons. This leads to a progressive paralysis in the patient with a disease course varying from a few weeks to several years. After 3 - 5 years on average, patients die due to respiratory insufficiency. Until now, no cure for ALS is known. About 10 % of all ALS cases show a familial background. 20 % of these familial cases are caused by mutations in the gene for the antioxidative enzyme CuZn superoxid dismutase (SOD1). More than 150 mutations in the sod1 gene are known which lead to an unspecified toxic gain of function of the protein. A dismutase active SOD1 enzyme is composed of two SOD1 subunits. Since SOD1 mediated ALS is inherited autsomal dominantly, SOD1 dimers in patients can exist as wildtype homodimers (SOD1WTâ WT), mutant homodimers (SOD1mutâ mut) or heterodimers (SOD1mut-WT). In this study SOD1 dimers with covalently joined subunits were analysed. It could be shown that biochemical and biophysical properties of mutant SOD1 heterodimers differed from mutant SOD1 homodimers with the same mutation. Mutant SOD1 heterodimers showed an increased resistance to proteinase K digest compared to their corresponding homodimers. In addition, a wildtype subunit decreased the affinity of the heterodimer to antibodies detecting misfolded SOD1. Secondary structure was not significantly changed in mutant SOD1 heterodimers compared with mutant homodimers. A wildtype subunit seems rather to change the tertiary structure of the covalently joined mutant subunit and/or the conformation of the whole dimer protein. Misfolded structures caused by the mutation would be diminished and stability against proteolytic degradation increased. After purification, these features of the mutant SOD1 heterodimer were lost. A possible interaction partner which promotes a proper folding of the heterodimer or an increased misfolding of the homodimer seems to be removed during purification. The determined structural changes and increased stability of the heterodimeric protein could be transferred from one subunit to the other by a prion-like mode and protect the toxic mutant SOD1 protein from degradation. This correlates with earlier studies in which an increased toxicity of a mutant SOD1 heterodimer compared with its corresponding homodimer was observed.
DDC: 570 Biowissenschaften
570 Life sciences
Institution: Johannes Gutenberg-Universität
Department: FB 10 Biologie
Place: Mainz
ROR: https://ror.org/023b0x485
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-1772
URN: urn:nbn:de:hebis:77-35616
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: In Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: 162 S.
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