Expression und Prozessierung von APP cis-Dimeren in Abhängigkeit von LRP1
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Viele Studien zum Amyloid-Vorläuferprotein (APP) beschäftigten sich, aufgrund der Möglichkeit zur Generierung von Aβ-Peptiden, mit dessen Beteiligung an der Pathogenese der Alzheimer Krankheit. Dabei konnte festgestellt werden, dass APP unter normalen physiologischen Bedingungen hauptsächlich auf zwei Wegen prozessiert wird. So erfolgt neben der vorwiegend ablaufenden, enzymatischen Spaltung von APP durch ADAM10 auf dem nicht-amyloidogenen Weg auch die Bildung von Aβ-Peptiden durch Prozessierung entlang des amyloidogenen Weges. Letzterer wird wohl hauptsächlich durch die Aktivität von BACE1 eingeleitet, wobei vor Kurzem Meprin β ebenfalls als Sekretase zur Produktion von Aβ-Peptiden identifiziert wurde. Im Zusammenhang mit der Generierung von Aβ-Peptiden wurde schon früh eine Beteiligung des Rezeptors LRP1 festgestellt. Mehrere Studien haben gezeigt, dass dieser über direkte oder indirekte Interaktionen mit APP vermutlich die gemeinsame Endozytose der Proteine von der Zelloberfläche vermittelt, sodass APP der amyloidogenen Prozessierung durch BACE1 in endosomalen Zellkompartimenten zugeführt werden kann. Neben anderen Proteinen scheint auch der Oligomerisierungszustand von APP Einfluss auf dessen enzymatischen Spaltung durch die α-, β- und γ-Sekretasen zu haben. Da ein großer Teil des synthetisierten APP wohl in dimerisierter Form vorliegt und sogar in vivo in Gehirnen von Mäusen nachweisbar war, wurde bereits in mehreren Studien der Zusammenhang zwischen der APP-Dimerisierung und der Bildung von Aβ-Peptiden diskutiert. Die Untersuchungen ergaben jedoch kontroverse Ergebnisse, was wohl zumindest teilweise auf die verwendeten APP-Konstrukte zur Expression von APP-Dimeren zurückzuführen war.
Um die Expression und Prozessierung von dimerisierten APP-Proteinen sowie die Beteiligung von LRP1 an diesen Vorgängen weiter zu untersuchen, wurde in dieser Arbeit zunächst ein Expressions-Konstrukt generiert, das zu APP-Proteinen führte, die bevorzugt dimerisierten. Die Expression dieser APP Cys-Mutante (APP695 K587C) resultierte in der Bildung Hitze-stabiler APP-Dimere und wurde für die stabile Transfektion von CHO-Zellen genutzt. Durch Untersuchungen von LRP1-defizienten CHO 13-5-1-Zellen sowie von kortikalen Primärneuronen mit induziertem Lrp1-Knockout konnte eine deutliche Steigerung der Prozessierung nicht nur des monomeren, sondern besonders auch des dimeren APP festgestellt werden.
Die Pulse-Chase-Analyse von CHO-Zellen mit stabiler APP695 K587C-Expression deutet darauf hin, dass LRP1 den Transport von APP-Dimeren zur Zelloberfläche beeinträchtigt und so dessen Prozessierung beeinflusst. Weiterhin scheint LRP1 auch in die Internalisierung von APP-Dimeren involviert zu sein. Folglich bewirkt die LRP1-Defizienz vermutlich eine Stabilisierung der dimerisierten APP-Proteine an der Zelloberfläche und somit deren gesteigerte Spaltung durch dort aktive Sekretasen.
An diesem Vorgang könnten sowohl ADAM10, als auch Meprin β beteiligt sein, da für beide Sekretasen eine Aktivität an dimerisierten APP-Molekülen gezeigt wurde. Für Meprin β wird sogar eine Favorisierung von APP-Dimeren gegenüber –Monomeren vermutet, was eventuell auf kooperative Effekte aufgrund der Dimerisierung von APP zurückzuführen ist.
Sowohl ein beschleunigter Transport zur Zelloberfläche, als auch eine verminderte Internalisierung von APP könnten die signifikante Zunahme insbesondere an sAPP-Fragmenten in der CSF von Mäusen mit Lrp1-Knockout erklären. Allerdings geben diese in vivo-Daten durch den besonders starken Effekt der fehlenden LRP1-Expression auf die sAPP-Dimer-Bildung zudem Anlass zur Annahme, dass LRP1 nicht nur die Prozessierung, sondern auch die Bildung von APP-Dimeren beeinflusst.
Aufgrund der ähnlichen Eigenschaften der in dieser Arbeit analysierten APP cis-Dimere zum monomeren APP in Bezug auf Transport, Internalisierung und Prozessierung könnten APP-Dimere, wie monomeres APP, verschiedene physiologische und pathologische Funktionen von APP regulieren. Dabei deuten die hier dargestellten Ergebnisse zudem auf eine entscheidende Rolle von LRP1 hin.