Dokument: Biophysikalische Charakterisierung der Interaktion von Nanoobjekten, peptidbasierten Medikamentenprototypen und dem Amyloid-beta-Peptid

Titel:	Biophysikalische Charakterisierung der Interaktion von Nanoobjekten, peptidbasierten Medikamentenprototypen und dem Amyloid-beta-Peptid
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=40520
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20161129-095910-6
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Decker, Christina [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 5,75 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 29.11.2016 / geändert 29.11.2016
Beitragende:	Prof. Dr. Willbold, Dieter [Gutachter] Prof. Dr. Heise, Henrike [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Bei der Alzheimerschen Demenz (AD) handelt es sich um eine neurodegenerative Erkrankung des menschlichen Hirns, in deren pathologischem Prozess dem Amyloid-β-Peptid (Aβ) und dessen Aggregationsprodukten eine zentrale Rolle zugesprochen wird. Ansatzpunkte zur erfolgreichen Modulation der Aβ-Aggregationsprozesse stellen der Einsatz von D-enantiomeren Peptiden (D-Peptide) und Nanopartikel (NP), die als Trägersysteme fungieren, da. Eine biophysikalische Charakterisierung des hier untersuchten D-Peptides D3, als auch der NP, wurde mittels Analytischer Ultrazentrifugation (AUZ) durchgeführt. Dabei wurde sowohl die Möglichkeit der Absorptions- als auch der Fluoreszenzmessung der zu analysierenden Probenbestandteile genutzt. Die AUZ ermöglicht als Absolutmethode in Lösung die quantitative Analyse von Makromolekülen, basierend auf deren hydrodynamischer Separation, im angelegten Zentrifugalfeld. Nach der Charakterisierung des D-Peptids und der NP als Einzelkomponenten, wurden Interaktionsstudien im mikromolaren Bereich mit Aβ42 und Serumalbuminen durchgeführt. Mit Einsatz des Fluoreszenzdetektionssystems konnte erfolgreich eine Bindung von D3 im unteren zweistelligen mikromolaren Konzentrationsbereich an monomeres, fluoreszenzmarkiertes Aβ42 nachgewiesen werden. Simulationen und Messungen im selbigen Konzentrationsbereich mit dem Zweiwellendetektionsmodus der Absorptionsoptik, untermauern die beobachtete Aβ42-Monomerbindung von D3. Unter Verwendung mehrstufiger Sedimentationsgeschwindigkeitsläufe wurde erfolgreich eine s-Wertspezifische Charakterisierung von HSA-Nanopartikelpräparationen (HSA-NP) durchgeführt. Mit anschließendem Einsatz des Fluoreszenzdetektionssystems konnte erfolgreich eine im unteren mikromolaren Bereich stattfindende Wechselwirkung der zuvor charakterisierten und fluoreszenzmarkierten HSA-NP mit Aβ42 nachgewiesen werden. Vorangegangen erfolgte ein Bindungsnachweis von monomerem HSA mit monomerem, fluoreszenzmarkiertem Aβ42 im einstelligen mikromolaren Konzentrationsbereich. Anhand von Goldnanopartikeln und Aβ42 und BSA, als bindende Proteine, konnte erfolgreich eine Etablierung eines allgemeingültigen Vorgehens für eine AUZ-basierte Charakterisierung ligandenmodifizierter NP mit einer darauf aufbauenden Quantifizierung der Oberflächenmodifikation der NP durch diese Liganden, erfolgen. Basierend auf den physikalisch-technischen Grundlagen der AUZ, dem Einsatz der Absorptions- und Fluoreszenzdetektionssystemen und der Arbeit in den Bereichen Proteinanalytik und Nanopartikelanalyse werden in dieser Dissertation die breiten Anwendungsmöglichkeiten der Analytischen Ultrazentrifugation deutlich. The Alzheimer´s Disease is a neurodegenerative disorder of the human brain. The pathological process of AD is characterized by excessive production and abnormal aggregation of the amyloid β peptides (Aβ). The central role of Aβ in the pathogenesis of AD has made it an important target for drug development. Either by inhibiting the generation of Aβ or by modulating its aggregation process is considered to be a promising approach for disease intervention. Previous studies of the D-enantiomeric peptides (D-peptides) have demonstrated the effect of these D-peptides on the self-aggregation of Aβ. This work applied analytical ultracentrifugation (AUC) to gain more insight into the structural interaction between Aβ and D-peptides. AUC is a first principle method and allows the analysis of macromolecules based on their hydrodynamic separation in a gravitational field. Both the absorption detection system and fluorescence detection system (FDS) were involved to investigate ligand-Aβ interaction. Direct bindings of the D-peptide D3 to monomeric fluorophore-labeled Aβ42 in a lower binary micromolare range were successfully detected by FDS-AUC measurement. Additional studies using two-wavelength detection mode of the absorption detection system also provide a direct binding of D3 to monomeric Aβ42 in a concentration range similar to the FDS-AUC study. Nanoparticles (NP) are widely used drug carrier and may have promising applications in the central nervous system diseases. The s-value of human serum albumin nanoparticles (HSA-NP) were precisely determined by gravitational-sweep sedimentation analysis. The interaction between the fluorophore-labeled HSA-NP and Aβ42 was characterized by FDS-AUC analysis. The results revealed direct bindings of Aβ42 to the fluorophore-labeled HSA-NP in a binary micromolare range. To further confirm the interaction, monomeric HSA and monomeric fluorophore-labeled Aβ42 were subjected to FDS-AUC measurement. Evidence from AUC analysis substantiated the finding that HSA binds directly to Aβ42 in a one-figure micromolare range. Finally, a general procedure for AUC based characterization of ligand modified NP was established through investigating the interaction among gold nanoparticles, Aβ42 and bovine serum albumin (BSA) by using AUC analysis. This procedure enables accurate quantification of different kinds of ligand modified NP at low concentrations. This study demonstrated for the first time that D3 bind directly to monomeric Aβ42. Besides, the interaction between ligand-modified NP and Aβ42 was also analyzed in detail. These findings would be beneficial to clarify the underlying mechanisms responsible for the efficacy of drug candidates. In additional, this work also suggested that analytical ultracentrifugation is a powerful and informative approach in the investigation of ligand-peptide interaction.
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Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Physikalische Biologie
Dokument erstellt am:	29.11.2016
Dateien geändert am:	29.11.2016
Promotionsantrag am:	25.10.2016
Datum der Promotion:	24.11.2016