Parkinson und Huntington: Zerstörerische Proteine im Visier
Sowohl bei Parkinson als auch bei Alzheimer kommt es zu einer Ansammlung von fehlgefalteten Proteinen, die sich zusammentun und lösliche Proteinaggregate und in der Folge unlösliche Fibrillen bilden. Für die stark beeinträchtigenden Symptome gibt es keine krankheitsmodifizierende Behandlung, um das Leiden der Patienten lindern zu können. Aus naheliegenden gesellschaftlichen Gründen besteht jedoch auf diesem Gebiet starkes Interesse und man geht zunehmend davon aus, dass der fibröse Amyloidzustand inaktiv ist, während es sich bei den löslichen oligomeren Proteinen um die zellschädigende Spezies handelt. Das TOPIC-Projekt schulte zwei Nachwuchsforscher für die Arbeit an diesen Oligomeren, die eine ganze Reihe unerwünschter Wechselwirkungen mit Proteinen und Membranen eingehen. „Ungeachtet des großen Interesses an Oligomeren ist doch sehr wenig über deren biochemische Wechselwirkungen bekannt, abgesehen von der Tatsache, dass sie im Endeffekt die Zelle töten. Wir wollten Werkzeuge entwickeln, um mehr über diese Aktivitäten zu erfahren. Auf diese Weise könnte letztlich der Weg zu einer Therapie geebnet werden“, erklärt TOPIC-Koordinator Professor Daniel Otzen von der Universität Aarhus. Zellschädigende molekulare Wechselwirkungen bei Parkinson aufzeigen Die Nachwuchsforscherinnen und -forscher konzentrierten sich auf ihre eigenen zytotoxischen Oligomere, die für eine bestimmte neurodegenerative Erkrankung charakteristisch und mit dieser verknüpft sind. Ihre Forschungsanstrengungen liefen parallel, um Synergien in Methodik und Datenanalyse zu erzielen. Das Protein Alpha-Synuclein ist der „Übeltäter“ bei der Parkinson-Krankheit. Mit ihm ist relativ leicht zu arbeiten und es bildet spontan Oligomere. Das Oligomer kann jedoch erneut dissoziieren, so dass ein wichtiger Fortschritt die Einführung einer Strategie zur Stabilisierung des Oligomers war, damit es in der Zelle fortbestehen kann. Sobald man das erreicht hatte, war es möglich, mittels kombinierter Immunpräzipitation und Massenspektrometrie weitere Proteine ausfindig zu machen, mit denen es im zellulären Umfeld stabile Komplexe bildete. TOPIC richtete daher Routinen für eine zuverlässige Aufbereitung von Alpha-Synuclein-Oligomeren (alphaSO) ein und deren Einflussnahme auf den Signalweg der Fibrillierung des alphaSO wurde bis ins Detail beschrieben. Bezeichnenderweise beobachtete man, dass diese stabilisierten Oligomere in Kultur an einen Typ des Primärneurons binden. Die Forscherinnen und Forscher arbeiten jedoch noch daran, die Proteinpartner zu validieren, an welche sich die Oligomere an die Nervenzellen anlagern. Bildung von stabilen Tau-Oligomeren bei Alzheimer Tau, ein weiteres Protein, ist ein Schlüsselfaktor bei Alzheimer. Es ist jedoch schwieriger, stabile Oligomere dieses Proteins herzustellen. Es wurde jedoch ein neuer Ansatz optimiert, bei dem natürlich vorkommende Zuckerkomplexe (Glykosaminoglykane) zur Oligomerisierung von Tau eingesetzt werden. Der nächste Schritt wird sein, unter Anwendung derselben Strategie wie für Alpha-Synuclein bindende Proteine in der Zelle zu identifizieren. Die Nachwuchsforscherinnen und -forscher waren sich des langfristigen Ziels der Entwicklung von kleinmolekularen Inhibitoren zur Verhinderung zytotoxischer Wechselwirkungen, die das Fortschreiten der Krankheit fördern, bewusst, obgleich dieses außerhalb der Aufgabenstellung des vorliegenden TOPIC-Projekts lag. „Haben wir erst herausgefunden, welche Protein-Oligomer-Wechselwirkungen für die Entwicklung von Zytotoxizität ausschlaggebend sind, sollte es möglich sein, Wirkstoffmoleküle zu konzipieren, die diese Wechselwirkungen blockieren und folglich das Krankheitsbild stoppen.“ Die Herausforderungen der molekularen Forschung meistern Die Erforschung des Wechselspiels der Proteine auf molekularer Ebene steckt voller Herausforderungen und so mussten sich die TOPIC-Forscher mit schlechter Proteinexpression, der Unfähigkeit zur Steuerung der Reaktionsgeschwindigkeit und Problemen bei der Identifizierung und Isolierung von Oligomeren auseinandersetzen. Aufgrund dessen wurde der Forschungsschwerpunkt in der Projektmitte von der Huntington-Krankheit (dem Protein Huntingtin) und Diabetes Typ 2 (dem Peptid Amylin) auf Tau verlagert, jenes Protein, das mit Parkinson und Alzheimer in Verbindung gebracht wird. In dieser Hauptforschungsrichtung werden in naher Zukunft wichtige Resultate erwartet, um zu sehen, ob das Tau-Oligomer zur weiteren Arbeit daran stabilisiert werden kann. Die Zukunft der kleinmolekularen Intervention Die TOPIC-Projektforscher haben dem Gebiet der Erforschung neurodegenerativer Erkrankungen eine Fülle von Daten zur Stabilisierung von möglicherweise am Krankheitsverlauf beteiligten fehlgefalteten Proteinen, insbesondere deren Beteiligung an zytotoxischen Reaktionen, zu Verfügung gestellt. Aus der Erkennung der Bindungspartner von zellschädigenden Oligomeren und der daraus resultierenden biologischen Konsequenzen könnten geeignete therapeutische Ziele geschlussfolgert werden. Ultimatives Ziel ist die Entwicklung von kleinmolekularen Disruptoren, die diese schädigenden Reaktionen verhindern. „TOPIC hat demonstriert, dass es tatsächlich möglich ist, Oligomere zu stabilisieren und sie zur Bestimmung zellulärer Bindungspartner einzusetzen, womit der Weg für weitere zelluläre Analysen geebnet wird, um Schwachstellen im Zytotoxizitätsprozess zu finden“, fasst Professor Otzen die massiven gesellschaftlichen Folgen einer erfolgreichen Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen wie beispielsweise Parkinson zusammen.
Schlüsselbegriffe
TOPIC, Protein, Oligomer, zytotoxisch, zellschädigend, Huntington-Krankheit, Parkinson-Krankheit, kleinmolekular, kleine Moleküle, Fibrille
