Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

„Zuckersüße Bindungspartner“ regulieren Alzheimer-Proteine

23.03.2015

Die Alzheimer-Demenz ist eine langsam fortschreitende Hirnerkrankung, die mit zunehmendem Verfall der geistigen Fähigkeiten einhergeht. Sie zeichnet sich durch Ablagerung seniler Plaques im Gehirn aus, die vor allem aus amyloiden β-Peptiden bestehen; Spaltprodukten des β-Amyloid-Vorläufer-Proteins APP.

Forschern des Jenaer Leibniz-Instituts für Altersforschung gelang es nun, die räumliche Struktur der Bindungsdomäne E2 von APLP1 (APP-Homolog) im Komplex mit Heparansulfaten (funktionelle Zucker) detailliert aufzuklären. Sie fanden, dass diese in verschiedenen Bindemodi mit der E2-Domäne wechselwirken und so unterschiedliche (patho)physiologische Funktionen des Proteins beeinflussen können.


Durch Röntgenstrukturanalyse kann die Bindung zwischen dem APLP1-Protein und dem Zuckermolekül Heparansulfat sichtbar gemacht werden. Im Vergleich zum Gehirn sind diese Moleküle millionenfach kleiner

[Grafik: Sven Dahms / FLI] Hinweis: Das zur Verfügung gestellte Bildmaterial darf nur im Zusammenhang mit dieser Pressemitteilung genutzt werden. (Quelle u.a. panthermedia.net)

Die Alzheimersche Krankheit ist weltweit die häufigste Form der Demenz und wird durch absterbende Nervenzellen im Gehirn verursacht. Sie führt im zunehmend schwereren Verlauf zu einem fortschreitenden Verlust der intellektuellen Fähigkeiten, wodurch z.B. das Gedächtnis, die Lernfähigkeit, die Orientierung und die Sprache betroffen sind. Über 1.2 Millionen Menschen sind bereits in Deutschland an Morbus Alzheimer erkrankt. Der Hauptrisikofaktor ist das fortschreitende Lebensalter.

Die Krankheit zeichnet sich durch die Ablagerung seniler Plaques im Gehirn aus, die vorwiegend aus amyloiden β-Peptiden (Aβ) bestehen; proteolytische Spaltprodukte des β-Amyloid-Vorläufer-Proteins (engl. β-amyloid precursor protein, APP). Die Proteine der APP-Familie besitzen ebenfalls eine zentrale Bedeutung für die neuronale Entwicklung und Selbsterneuerung von Zellen (Homöostase).

APP und die paralogen, APP-ähnlichen Proteine APLP1 und APLP2 enthalten die hoch konservierte, strukturelle E2-Domäne, die Heparansulfat bindet und somit verschiedene (patho)physiologische Funktionen des Proteins beeinflusst. Trotz intensiver Forschung zur Pathologie der Alzheimerschen Krankheit und der Beteiligung von APP und seinen Spaltprodukten sind insbesondere die physiologischen Funktionen dieser Proteinfamilie bis heute jedoch nur wenig verstanden.

In Zusammenarbeit mit Kollegen der Freien Universität Berlin und McGill University Montreal in Kanada ist es Forschern des Jenaer Leibniz-Instituts für Altersforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI) nun erstmals gelungen, die räumliche Struktur der Bindungsdomäne E2 von APLP1 im Komplex mit Heparansulfaten, einer Klasse funktioneller Zucker, detailliert aufzuklären. Für die aktuelle Studie in dem Fachjournal Acta Crystallographica nutzten sie die Methode der Röntgenstrukturanalyse, um die Bindung des Zuckers an das Protein auf molekularer Ebene sichtbar zu machen.

„Aufgrund der sehr komplexen und multiplen Funktion von APP und seinen Homologen müssen wir zunächst viel Grundlagenforschung betreiben, um die Demenzerkrankung und ihre Entstehung fundamental besser verstehen zu können und um einer möglichen zukünftigen Therapie näherzukommen“, erklärt Dr. Manuel Than, Forschungsgruppenleiter am FLI.

„Die Röntgenstrukturanalyse des Heparansulfat- Komplexes mit APL1 ergab, dass - anders als bisher angenommen - diese funktionellen Zucker in zwei unterschiedlichen Bindemodi mit der E2-Domäne des APLP1 wechselwirken und es somit eine ganze Reihe verschiedener Komplexe zwischen APLP1-E2 und Heparansulfat gibt“, unterstreicht Than. „Diese spezifische Bindung kann Strukturänderungen im Protein auslösen; ein Indiz dafür, dass Heparansulfate in der Lage sind, die APLP1-Funktion zu regulieren“.

Die mit der E2-Domäne wechselwirkenden Heparansulfate sind eine sehr heterogene Klasse von langen Zuckerketten, die zum Teil an Proteine gebunden sind. „Ihre Bindung weist daher eine sehr heterogene Verteilung von Modifikationen und Ladung auf“, erläutert Dr. Sven Dahms, Postdoc am FLI.

„Wir sehen aufgrund der gefundenen Spezifität dieser Wechselwirkung, dass überhaupt nur bestimmte Typen von Heparansulfaten an das APLP1-Protein binden können“. „Aufgrund der hohen Ähnlichkeit ist dieser Mechanismus der Bindung höchstwahrscheinlich bei allen Mitgliedern der APP-Proteinfamilie zu finden, also auch beim Alzheimer-Protein APP“, schlussfolgern die Jenaer Forscher.

Bei der Alzheimerschen Krankheit treten im Verlauf der Erkrankung im Gehirn Entzündungsprozesse auf, die den Abbau von Heparansulfaten verstärken. „Ein veränderter Stoffwechsel dieser Zucker könnte sich daher entscheidend auf deren Interaktion mit den Proteinen der APP-Familie auswirken und dadurch pathologische Fehlfunktionen hervorrufen“, vermuten die Forscher aus Jena. „Mit unseren Ergebnissen konnten wir wieder einen weiteren zentralen Puzzlestein für das Verständnis der Krankheitsentwicklung aufzeigen.“

Publikation
Dahms SO, Mayer MC, Roeser D, Multhaup G, Than ME. Interaction of the amyloid precursor protein-like protein 1 (APLP1) E2 domain with heparan sulfate involves two distinct binding modes. Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 2015, 71(Pt 3), 494-504. doi: 10.1107/S1399004714027114

Kontakt:
Dr. Kerstin Wagner
Leibniz-Institut für Altersforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI)
Beutenbergstr. 11, 07745 Jena
Tel.: 03641-656378, Fax: 03641-656351, E-Mail: presse@fli-leibniz.de


Hintergrundinfo

Das Leibniz-Institut für Altersforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI) in Jena widmet sich seit 2004 der biomedizinischen Alternsforschung. Über 330 Mitarbeiter aus 30 Nationen forschen zu molekularen Mechanismen von Alternsprozessen und alternsbedingten Krankheiten. Näheres unter http://www.fli-leibniz.de.

Die Leibniz-Gemeinschaft verbindet 89 selbständige Forschungseinrichtungen. Deren Ausrichtung reicht von den Natur-, Ingenieur- und Umweltwissenschaften über die Wirtschafts-, Raum- und Sozialwissenschaften bis zu den Geisteswissenschaften. Leibniz-Institute bearbeiten gesellschaftlich, ökonomisch und ökologisch relevante Fragestellungen. Sie betreiben erkenntnis- und anwendungsorientierte Grundlagenforschung. Sie unterhalten wissenschaftliche Infrastrukturen und bieten forschungsbasierte Dienstleistungen an. Die Leibniz-Gemeinschaft setzt Schwerpunkte im Wissenstransfer in Richtung Politik, Wissenschaft, Wirtschaft und Öffentlichkeit. Leibniz-Institute pflegen intensive Kooperationen mit den Hochschulen ‑ u.a. in Form der WissenschaftsCampi ‑, mit der Industrie und anderen Partnern im In- und Ausland. Sie unterliegen einem maßstabsetzenden transparenten und unabhängigen Begutachtungsverfahren. Aufgrund ihrer gesamtstaatlichen Bedeutung fördern Bund und Länder die Institute der Leibniz-Gemeinschaft gemeinsam. Die Leibniz-Institute beschäftigen rund 17.200 Personen, darunter 8.200 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Der Gesamtetat der Institute liegt bei 1,5 Milliarden Euro. Näheres unter http://www.leibniz-gemeinschaft.de.

Weitere Informationen:

http://www.fli-leibniz.de - Homepage Leibniz-Institut für Altersforschung - Fritz-Lipmann-Institut

Dr. Kerstin Wagner | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Eine Karte der Zellkraftwerke
18.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung
18.08.2017 | Deutsches Zentrum für Infektionsforschung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie