Dokument: Strukturuntersuchungen an der Wechselwirkung zwischen humanem Prionprotein und Amyloid-β-Oligomeren mittels Festkörper-NMR-Spektroskopie
| Titel: | Strukturuntersuchungen an der Wechselwirkung zwischen humanem Prionprotein und Amyloid-β-Oligomeren mittels Festkörper-NMR-Spektroskopie | |||||||
| Weiterer Titel: | Structural investigations of the interaction between human prion protein and Amyloid-β oligomers by use of solid-state NMR spectroscopy | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=56203 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20210518-113151-8 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | König, Anna [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Heise, Henrike [Gutachter] Jun.-Prof. Strodel, Birgit [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Sowohl das Prionprotein (PrP) als auch Amyloid-β (Aβ) kann fehlfalten und neurotoxische Aggregate bilden, die eine wichtige Rolle in der Pathogenese neurodegenerativer Erkrankungen spielen. Aβ-Oligomere wurden als neurotoxische Substanzen in der Pathogenese der Alzheimerschen Demenz (AD) identifiziert, während fehlgefaltetes PrP als infektiöses Protein (Prion) transmissible spongiforme Enzephalopathien in verschiedenen Spezies auslösen kann. Humanes PrP (huPrP) ist außerdem ein Rezeptor für Aβ-Oligomere in AD. In einer vorangegangenen, in dieser Dissertation aufgeführten Studie konnten wir diese Interaktion biochemisch nachweisen und die Entstehung großer Heteroaggregate zeigen.
In dieser Dissertation wird die Interaktion zwischen dem huPrP und Aβ(1-42)-Oligomeren mittels Festkörper-MAS-NMR-Spektroskopie untersucht. Dabei werden verschiedene rekombinant hergestellte Proben des huPrP-Aβ(1-42)-Oligomeren-Komplexes eingesetzt, bei welchem jeweils entweder huPrP oder die Aβ-Oligomere uniform 13C,15N-markiert sind. Obwohl eine ortsspezifische Resonanzzuordnung für huPrP wegen des hohen Grades an Resonanzüberlappung und der geringen Signaldispersion nicht möglich war, konnten wir folgende Schlüsse ziehen: Der N-terminale Teil von huPrP ist immobilisiert und deswegen in dipolaren Spektren sichtbar. Die chemischen Verschiebungen der meisten N-terminalen Reste sind charakteristisch für das Fehlen einer Sekundärstruktur (Random Coil). Allerdings gehen einige Ala- und Val-Reste um Position 115 während der Komplexbildung zu α-helikalen Konformationen über. Der gut definierte C-terminale Teil des huPrP ist größtenteils ebenfalls starr, aber verliert seine Sekundärstruktur in den letzten beiden α-Helices. Die sekundären chemischen Verschiebungen der Aβ(1-42)-Oligomere im Komplex mit huPrP zeigen beträchtlichen β-Faltblatt-Anteil. Außerdem besitzen die einzelnen Aβ(1-42)-Moleküle im Komplex unterschiedliche Konformationen. Unser 13C-13C-Korrelationsspektrum (Proton Driven Spin Diffusion, PDSD) der Aβ(1-42)-Oligomere im Komplex mit huPrP überlappt stark mit den Resonanzen verschiedener publizierter Aβ(1-42)-(Proto)Fibrillenstrukturen. Außerdem wird vermutet, dass Oligomere bereits die Sekundärstruktur von ausgewachsenen Fibrillen besitzen. Somit könnte der Grund für diese nicht äquivalenten Konformere der Aβ(1-42)-Oligomere sein, dass verschiedene (Proto)Fibrillentypen (konformationeller Polymorphismus) bereits in der Struktur der Oligomere angelegt sind. Im zweiten Teil dieser Dissertation wurde eine Rötelmaus-PrP-Fibrille mittels Festkörper-MAS-NMR-Spektroskopie untersucht. Dabei konnten keine hoch-flexiblen Bereiche, aber viele Resonanzen im zweidimensionalen PDSD Spektrum beobachtet werden, u. A. unterscheidbare Signale von Ala, Thr, Ile und Val. Außerdem zeigte der überwiegende Teil der Resonanzen β-Strang-ähnliche chemische Verschiebungen, was zur erwarteten Struktur einer Fibrille passt. Dadurch konnte gezeigt werden, dass die neuentwickelte PMSA-Methode zur Proteinherstellung größerer Mengen mehrfach-markierter Probe, wie sie für die Festkörper-MAS-NMR-Spektroskopie (und potentiell andere Strukturuntersuchungsmethoden) nötig sind, geeignet ist. Die PMSA-Methode nutzt dabei Schüttler anstelle Ultraschalls zur Vervielfältigung eines Prionen-Stammes.Both prion protein (PrP) and amyloid beta (Aβ) can misfold and form neurotoxic assemblies that play important roles in the pathogenesis of neurodegenerative disorders. Aβ oligomers have been identified as neurotoxic agents relevant for the pathogenesis of Alzheimer's disease (AD), whereas misfolded PrP can cause transmissible spongiform encephalopathies as a proteinaceous infectious particle (prion) in various species. Additionally, human PrP (huPrP) is a receptor for oligomeric Aβ in AD. In a previous study, listed in this dissertation, we were able to confirm this interaction biochemically and to demonstrate the formation of large heteroassemblies. In this dissertation, we investigated the interaction between huPrP and Aβ(1-42) oligomers by solid-state MAS NMR spectroscopy using different samples of Aβ(1-42) oligomers complexed by recombinant huPrP, in which either huPrP or Aβ(1-42) was uniformly 13C, 15N isotope labeled. Although a site-specific resonance assignment for huPrP was not possible due to the high degree of resonance overlap and low signal dispersion, we could conclude: The N-terminal part of huPrP in the complex is immobilized and therefore visible in dipolar spectra. The chemical shifts for most N-terminal residues are characteristic for absence of a regular secondary structure (random coil). However, some Ala and Val residues around position 115 undergo transition to an α-helical conformation upon complex formation. Most of the well defined C-terminal part of huPrP is part of the rigid complex, but shows a loss in regular secondary structure in the last two α-helices. For Aβ(1-42) oligomers in complex with huPrP, secondary chemical shifts point towards substantial β-sheet content. Additionally, Aβ(1-42) molecules within the complex do not have identical conformations. Our 13C-13C correlation spectrum (proton driven spin diffusion, PDSD) of Aβ(1-42) oligomers in complex with huPrP highly overlaps with different published Aβ(1-42) protofibril and fibril structures. Additionally, it is expected that oligomers already show the secondary structure of major fibrils. Therefore these inequivalent conformers of the Aβ(1-42) oligomers might be due to different protofibril and fibril types (polymorphism) inherent in the structure of the oligomers. In a second project of this dissertation, a bank vole PrP fibril (BVPrP) was investigated using solid-state NMR MAS spectroscopy. Thereby, we did not observe highly flexible parts in the BVPrP fibril, rather a lot of resonances in a 2D PDSD spectrum, whereof some could be distinguished to be Ala, Thr, Ile and Val. Most of these resonances showed β-strand-like chemical shifts, underlining the existence of a fibril. These results indicate that a newly developed method using shaking instead of sonication for amplification of one prion strain (PMSA) is useful for the production of large amounts of labeled material, as it is necessary for solid-state MAS NMR spectroscopy and other structure determination methods. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Physikalische Biologie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 18.05.2021 | |||||||
| Dateien geändert am: | 18.05.2021 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 19.01.2021 | |||||||
| Datum der Promotion: | 24.02.2021 |
