Molekulare Analyse der Huntingtin-Aggregation und deren Modulation durch das eukaryontische Chaperonin TRiC

Polyglutaminerkrankungen sind neurodegenerative Erkrankungen mit
fatalem Verlauf, die sich durch selektive neuronale Degeneration
und die Bildung intrazellulärer Aggregate auszeichnen. Verursacht
werden sie durch eine Expansion einer Polyglutaminsequenz in einem
für die Erkrankung spezifischen Protein, die Fehlfaltung und
Aggregation des entsprechenden Proteins bewirkt. Die Aggregation
wirkt dabei neurotoxisch, wobei Toxizität hauptsächlich durch
lösliche Intermediate des Aggregationsprozesses vermittelt wird.
Zur Untersuchung der frühen Aggregationsphase und der späteren
Elongationsphase wurden in dieser Arbeit verschiedene
fluoreszenzbasierte Methoden etabliert. Mit Hilfe dieser Methoden
konnte gezeigt werden, dass nach proteolytischer Spaltung von
GST-Htt-Exon1 das Monomer eine Konformationsumlagerung durchmacht,
die von einer Dimerisierung oder Oligomerisierung gefolgt wird.
Dimere oder Oligomere bilden dabei eine kompakte Struktur aus.
Wachstum der Fibrillen erfolgt durch Anlagerung von Monomeren oder
einer anderen bisher nicht identifizierten Spezies. Durch
Distanzmessungen innerhalb verschiedener Spezies konnte gezeigt
werden, dass unlösliche Spezies eine kompakte Struktur aufweisen,
die spezifisch für unlösliche Spezies ist. Lösliche Spezies liegen
dagegen in einer expandierteren Konformation vor. Molekulare
Chaperone üben oftmals eine protektive Funktion auf Neuronen in
neurodegenerativen Erkrankungen aus. In dieser Arbeit wurde
untersucht, inwieweit das eukaryontische Chaperonin TRiC, das in
einem RNA-interference screen als potentieller Suppressor der
Huntingtin-Aggregation identifiziert wurde, Aggregation modulieren
kann. Gereinigtes TRiC hat keinen Einfluss auf die frühe Phase der
Htt-Exon1-Aggregation, vielmehr inhibiert es die Elongation von
fibrillären Strukturen, indem es mit Htt-Exon1-Oligomeren
interagiert. Diese Interaktion ist transient und ATP-unabhängig. Im
Gegensatz dazu interagiert TRiC in Kooperation mit dem
Hsp70/40-System mit Htt-Exon1-Monomeren und verhindert die
Nukleation der Aggregation. Stattdessen wird ein „gefaltetes“
Htt-Exon1-Produkt mit einer neuartigen Konformation gebildet, das
löslich, nicht-fibrillär und nicht-toxisch ist und ~500
kDa-Oligomere ausbildet. Diese Interaktion ist kooperativ,
sequentiell und benötigt ATP, ähnelt also der kooperativen
Interaktion von TRiC und Hsp70/40 in der de novo-Proteinfaltung und
stellt möglicherweise einen natürlichen Faltungsweg für Huntingtin
dar.