Etablierung eines Modellsystems zur zellulären und biochemischen Phänotypisierung von Prionproteinen unter Verwendung von GFP-PrP-Chimären

Etwa 10 % der gesamten Erkrankungsfälle der humanen TSEs werden
durch die Gruppe der vererbbaren Formen dieser Krankheiten
repräsentiert, für die bislang in allen untersuchten Fällen
Punktmutationen oder Insertionen im Prionprotein-Gen des Menschen
(PRNP) nachgewiesen werden konnten. Obwohl bereits mehr als 20
TSE-assoziierte Mutationen in PRNP beschrieben wurden, ist nach wie
vor relativ wenig über die Zellbiologie, d. h. den zellulären
Transport bzw. die zelluläre Lokalisation dieser PrPMutanten
bekannt. Aus diesem Grund wurde erstmalig ein Modellsystem mit
homologen Maus-PrPs in der vielfach eingesetzten
Maus-Neuroblastom-Zelllinie N2a etabliert, welches durch die
Verwendung des grünen Fluoreszenzproteins (GFP) als integrales
Markerprotein in PrP eine direkte Beobachtung von PrP und
PrP-Mutanten in lebenden Zellen ermöglichte. Es wurden insgesamt
neben der Chimäre mit wt PrP und GFP weitere 14 Chimären
hergestellt, von denen 11 mit PrP-Mutanten humaner, vererbbarer
Prionkrankheiten korrespondierten. Die Ausweitung des Modellsystems
auf die PrPMutanten wurde erst nach einer sorgfältigen Überprüfung
der Chimäre mit wt PrP (GFPwtPrP) vorgenommen, die zeigte, dass
sich GFP-wtPrP in allen untersuchten Parametern wie natives PrP
verhielt. Für die 11 TSE-assoziierten PrP-Mutanten konnten drei
zelluläre Phänotypen identifiziert werden, die sich deutlich
voneinander unterschieden. So konnte für bestimmte Missense- und
Insert-Mutanten ein sekretorischer Transport wie bei der
Wildtyp-Kontrolle festgestellt werden, mit einer Lokalisation der
Proteine im Golgi- Apparat und auf der Zelloberfläche. Dem entgegen
zeigten die zwei bislang beschriebenen, TSE-assoziierten
Nonsense-Mutanten keinen Transport entlang eines sekretorischen
Weges, sondern eine Lokalisation im Cytoplasma und im Zellkern. Als
dritter Phänotyp konnte auf Grund einer Blockierung des
sekretorischen Transports im Golgi-Apparat eine intrazelluläre
Akkumulation im ER/Golgi sowohl für eine Missense-Mutante, deren
Mutation zu einer Zerstörung des Sequenzmotivs für eine
N-Glykosylierung führte als auch für eine Insert-Mutante, welche
die bislang größte Insertion von zusätzlichen 9 Kopien eines
Oktapeptids aufwies, detektiert werden. Die mittels des
Modellsystems identifizierten, unterschiedlichen Lokalisationen der
PrPMutanten deuten darauf hin, dass die familiären Prionkrankheiten
nicht einer einheitlichen, zellulären Aberration unterliegen,
sondern höchstwahrscheinlich entlang mehrerer zytopathogener Routen
ausgebildet werden.