FWO-SB-Beurs: Ontrafeling van de structuur, functie en moleculaire mechanismen van TBCID24, een nieuw target voor geneesmiddelenontwikkeling tegen epilepsie en gerelateerde aandoeningen (FWOSB16)

Epilepsie is de derde meest voorkomende neurologische aandoening die wereldwijd zo’n 50 miljoen mensen treft van alle leeftijden en origines. Hoewel in een groot percentage van de gevallen de symptomen onderdrukt kunnen worden via bestaande anti-epileptica, genezen deze de ziekte niet. Daarnaast zal ongeveer 30 à 40% van de patiënten na verloop van tijd helemaal niet meer op deze middelen reageren. Daarom is het noodzakelijk om op zoek te gaan naar nieuwe targets waartegen medicijnen ontwikkeld kunnen worden. Recent werden in verschillende studies bij epilepsiepatiënten mutaties in het gen coderend voor het TBC1D24 proteïne rechtstreeks gelinkt aan het optreden van de ziekte. Bovendien werden mutaties in hetzelfde gen daaropvolgend ook gelinkt aan andere neurologische aandoeningen zoals het DOORS syndroom en nonsyndromische doofheid. TBC1D24 bevat een atypisch TBC domein, een eiwitmodule die doorgaans fungeert als activator van de GTPase activiteit van kleine G-proteïnen behorende tot de Rab familie (RabGAP). In 2011 werd in het labo van Prof. Patrik Verstreken (Laboratorium voor Neuronale Communicatie, KU Leuven) een homoloog van het TBC1D24 proteïne gekarakteriseerd in Drosophila, namelijk Skywalker (of Sky). Sky is een regulator van synaptische veroudering en zijn functieverlies leidt tot een performantere werking van de synapsen en een verhoogde vrijgave van neurotransmitters, een fenotype dat parallel loopt met de etiologie van epilepsie in de mens. Bovendien zijn ook de residu’s in TBC1D24, die gemuteerd zijn bij epilepsie, DOORS en nonsyndromische doofheid, grotendeels geconserveerd in Sky. Hoewel de cellulaire pathways die TBC1D24 linken met epilepsie nog niet gekend zijn, suggereren initiële studies een koppeling met de kleine G-proteïnen Rab35 en Arf6. Daarnaast wijzen zeer recente data uit ons labo ook op een interactie met fosfoinositiden. Dit project kadert in een gezamenlijke inspanning met de groep van Prof. Patrik Verstreken, om zowel de moleculaire mechanismen van TBC1D24/Sky als de cellulaire pathways die leiden tot ziektefenotypes in kaart te brengen. Uiteindelijk hopen we om deze pathway te valideren en te gebruiken als doelwit voor de ontwikkeling van nieuwe anti-epileptische geneesmiddelen. Binnen dit doctoraatsproject zal de interactie van TBC1D24/Sky met zijn potentiële substraateiwitten en/of interactoren (Rab35/Arf6/fosfoinositiden) nagegaan worden met verschillende biofysische methoden. Vervolgens zullen ook atomaire resolutie structuren van deze complexen bepaald worden via X-straalkristallografie. Om het moleculair mechanisme van TBC1D24/Sky en de mechanismen die leiden tot de ziektefenotypes verder te ontrafelen, zullen we het effect van de klinische mutaties en rationeel ontworpen mutaties op deze interacties en op de verhoging van de GTPase activiteit van Rab35 en Arf6 nagaan. Deze in vitro resultaten zullen gelinkt worden met in vivo data in fruitvliegen, door fruitvliegen te genereren die de mutante Sky eiwitten tot expressie brengen. Tenslotte zal een eerste stap in de richting van drug design gezet worden door deze inzichten en hoge resolutie structuren van TBC1D24/Sky te gebruiken om op zoek te gaan naar chemische chaperonnes die als nieuwe anti-epileptica gebruikt kunnen worden. Dit project zal ons dus niet enkel informatie verschaffen over het moleculair mechanisme van TBC1D24/Sky, maar zal ook de mogelijkheid geven om een nieuw in vivo epilepsie model op te stellen en dit model te gebruiken voor de ontwikkeling van nieuwe medicijnen.

Trefwoorden:Epilepsy

Disciplines:Biomedische modellering

Project type:Samenwerkingsproject