Molekulare Mechanismen der Prionpropagation

Ein zentrales Ereignis in der Pathogenese der Prionkrankheiten ist
die strukturelle Konversion des zellulären Prionproteins (PrPC) in
eine infektiöse Isoform (PrPSc). Im Rahmen der vorliegenden Arbeit
wurde die von der Prion-Hypothese angenommene Eigenschaft von PrPSc
zur autokatalytischen Vermehrung durch serielle PMCA-Reaktionen
experimentell belegt und die Vermehrung von Infektiösität in vitro
dargestellt. Die Fragmentierung der PrP-Aggregate in kleinere
Aggregationskeime hat sich dabei für eine effiziente
autokatalytische Prion-Replikation als essentiell erwiesen. Diese
Ergebnisse sprechen für die Richtigkeit des „seeded
polymerisation“-Modells der PrPSc-Bildung und liefern einen
experimentellen Beleg für die Prion-Hypothese. Die Übertragbarkeit
von Prionkrankheiten auf andere Spezies wird durch den Grad der
Primärsequenz-Identität von PrPC und PrPSc entscheidend
beeinflusst, wobei die Existenz von Erregerstämmen mit gleicher
Primärsequenz und unterschiedlichen Übertragbarkeiten eine
Herausforderung für die Prion-Hypothese darstellt. Durch die in
dieser Arbeit durchgeführten in vitro Konversionsstudien mit
chimären Prionproteinen konnte gezeigt werden, dass Unterschiede in
den Aminosäuren 155 und 170 die Speziesbarriere zwischen Maus und
Rötelmaus wesentlich beeinflussen, wobei die durch Punktmutationen
hervorgerufene Veränderung der Konversionseffizienz vom
Erregerstamm abhängig ist. Die in vivo beobachtete hohe
Empfindlichkeit der Rötelmaus gegenüber Scrapie konnte nicht auf
die Primärsequenz zurückgeführt und muss daher von zusätzlichen
Wirtsfaktoren bestimmt werden. Die Relevanz des bisher nicht
identifizierten „Protein X“ als entscheidender Kofaktor ist
aufgrund der Sequenzidentität des postulierten „Protein
X“-Bindungsepitop bei Maus und Rötelmaus in Frage zu stellen. Die
Speziesbarriere ist daher als Transmissionsbarriere zu verstehen,
welche von der Primärsequenz der beiden Isoformen des
Prionproteins, der Struktur-kompatibilität von PrPC und PrPSc und
von zusätzlichen Wirtsfaktoren beeinflusst wird. Um die Höhe einer
Transmissionsbarriere vorauszusagen, ist daher neben der
Identifizierung der zusätzlichen Wirtsfaktoren die Aufklärung der
PrPSc-Struktur erforderlich. Da dies aufgrund der biophysikalischen
Eigenschaften von PrPSc mit klassischen Verfahren nicht möglich
ist, wurde eine Methode zur kovalenten Vernetzung von
PrP-Aggregaten etabliert, die es ermöglicht Interaktionsflächen in
PrPSc zu analysieren und so relevante Strukturinformationen zu
gewinnen.