Untersuchung der Transportregulation des γ-Sekretase-Komplexes anhand seiner Untereinheit Pen2

Die γ-Sekretase ist eine in essentieller Weise an der Produktion
des Amyloid-β-Peptids beteiligte Aspartylprotease, welches durch
proteolytische Spaltung des Amyloid-Vorläufer-Proteins (Amyloid
Precursor Protein, APP) entsteht. Amyloid-β stellt die
Hauptkomponente der amyloiden Plaques im Gehirn von
Alzheimer-Patienten dar und spielt bei der Entstehung der
Alzheimer-Demenz eine entscheidende Rolle. Die γ-Sekretase ist ein
Proteinkomplex, für dessen Funktionalität die vier Komponenten
Presenilin (PS), Nicastrin (Nct), Aph1 und Pen2 hinreichend und
notwendig sind. Im endoplasmatischen Retikulum (ER) werden die
einzelnen Untereinheiten vollständig assembliert, nach dem Austritt
aus dem ER kommt es zur katalytischen Aktivierung des
γ-Sekretase-Komplexes. Die Substratprozessierung durch den nun
aktiven Komplex findet in endolysosomalen Kompartimenten und an der
Plasmamembran statt. Nicht vollständig assemblierte Teilkomplexe
und einzelne Komponenten werden im ER zurückgehalten und erreichen
nicht die nachgeschalteten Kompartimente. Diese Beobachtungen legen
nahe, dass eine mögliche Regulation der Aktivität des Enzyms eng
mit der Regulation von Assemblierung und Transport des Komplexes
verknüpft ist. Um mechanistisch zu erklären, weshalb ausschließlich
der vollständig assemblierte Komplex in der Lage ist, das ER zu
verlassen, wurde von der Arbeitsgruppe ein Modell vorgeschlagen,
demzufolge die einzelnen nicht assemblierten Untereinheiten mittels
Retentionssignalen im ER zurückgehalten werden, bis diese im Rahmen
der Assemblierung durch die Bindung an andere Untereinheiten
maskiert werden. In der vorliegenden Arbeit wird unter Verwendung
von Reporterkonstrukten bzw. chimären Fusionsproteinen mittels
konfokaler Mikroskopie und Proteinbiochemie gezeigt, dass nicht
assembliertes Pen2 im ER zurückgehalten wird und dass diese
Retention durch ein neuartiges Retentionssignal in der ersten
Transmembrandomäne (TM1) vermittelt wird. Insbesondere ist ein
konservierter Asparaginrest innerhalb dieser Sequenz für die
Retention erforderlich. Auch wird mittels knock down- und
rescue-Experimenten gezeigt, dass die Pen2-TM1 essentiell für die
korrekte Assemblierung und enzymatische Aktivität der γ-Sekretase
ist. Diese Arbeit bestätigt damit das vorgeschlagene Modell für die
Transportregulation des γ-Sekretase-Komplexes bezüglich seiner
Untereinheit Pen2 und gibt starke Anhaltspunkte dafür, dass dieser
Mechanismus für eine korrekte Funktionalität des Komplexes
erforderlich ist.