Strukturelle und funktionelle Untersuchungen des PARK7 Parkinsongenprodukts DJ-1

Zu Beginn dieser Arbeit wurde DJ-1 erstmals mit der PK in
Zusammenhang gebracht. Die ersten Studien zeigten, dass L166P, eine
Punktmutation im C-Terminus des DJ-1-Proteins, und eine Deletion
von Exon 1-5 zu den Mutationen gehören, die zu den motorischen
Fehlfunktionen, den Kardinalsymptomen, im Parkinsonpatienten
führen. Diese Arbeit konnte dazu beitragen die Funktion von DJ-1
besser zu verstehen bzw. die Auswirkungen des Fehlens von DJ-1
aufzudecken. Es stellte sich heraus, dass die Expression von L166P
im Vergleich zu [wt]DJ-1 sowohl in Eukaryoten als auch in
Prokaryoten stark reduziert war. Die stark verminderte
Proteinexpression kann entweder durch eine erhöhte Instabilität der
RNA, durch eine Störung in der Proteinsynthese oder einen
beschleunigten Abbau hervorgerufen werden. Durch semiquantitative
RT-PCR- und quantitative RT-PCR-Experimente konnten Instabilitäten
der RNA ausgeschlossen werden. Eine ineffektive Translation konnte
durch „Pulse-Chase“-Experimente und CHX-Inhibitorstudien ebenso
entkräftet werden. Allerdings scheint ein gesteigerter Abbau von
[L166P]DJ-1 verantwortlich für dessen reduzierte Expression zu
sein. Die Art des beschleunigten Abbaus konnte zwar nicht
zweifelsfrei geklärt werden, aber es zeigte sich, dass ein
Zusammenhang zwischen der Stabilität und der Struktur von DJ-1
besteht. Dabei spielt die C-terminale Domäne eine große Rolle, die
nur im DJ-1-Protein als signifikante Helix-Knick-Helix Struktur
vorhanden ist, nicht aber unter seinen Strukturhomologen. In einer
Mutagenesestudie konnte gezeigt werden, dass im Helix-Knick-Helix
Motiv nicht nur die PK-assoziierte Mutante L166P, sondern auch die
Helix-brechende Mutante V169P in derselben Helix (G-Helix) und eine
Deletion am Knick des Motivs (deltaN173/G174) eine Destabilisierung
von DJ-1 bewirken konnte. Helix-brechende Mutationen in der H-Helix
zeigten keine verminderte Proteinexpression im Vergleich zu
[wt]DJ-1. Die G-Helix-brechenden Mutanten scheinen das Protein
konformationell so zu verändern, dass keine Dimerisierung mehr
möglich ist, was aus Co-IP Studien hervorging. Das
Helix-Knick-Helix Motiv, welches einen Großteil der
Dimerberührungsfläche ausmacht, scheint bei der Dimerisierung eine
entscheidende Rolle einzunehmen. Weiterhin konnte ein direkter
Zusammenhang der Stabilität und Integrität von DJ-1 und seiner
Funktion herausgearbeitet werden. Dabei sind die G-Helix-brechenden
Mutanten unter oxidativem Stress weniger zytoprotektiv und können
in (anti)-apoptotischen Signalwegen eine Expression von
apoptotischen Genen nicht verhindern. Diese Prozesse sind abhängig
vom oxidativen Stress und von der Fähigkeit von redox-sensitivem
DJ-1 als Intermediator in apoptotischen Signalwegen antioxidative
Gene zu aktivieren. Diese Erkenntnis ist vor allen Dingen in
reaktiven Astrozyten von Wichtigkeit, die Neurone, in
Parkinsonpatienten besonders die dopaminergen Neurone, vor
oxidativem Stress schützen können. In reaktiven Astrozyten ist DJ-1
in großen Mengen lokalisiert und scheint die Aktivierung von
Verteidigungssystemen wie GSH zu beeinflussen. Somit ist DJ-1 ein
wichtiger Marker für erhöhten oxidativen Stress, nicht nur in der
PK, sondern auch bei Schlaganfallpatienten. Eine erhöhte Produktion
von DJ-1 würde einen größeren Schutz vor neuronalem Sterben
bewirken, so dass dies auch therapeutische Möglichkeiten eröffnen
könnte.