Structurele basis van γ-secretase-processiviteit in de erfelijke vorm van de ziekte van Alzheimer

Vroege familiaire ziekte van Alzheimer (FAD) is een erfelijke vorm van de ziekte van Alzheimer (AD) die wordt veroorzaakt door mutaties in Presenilin 1 (PSEN1), Presenilin 2 (PSEN2) of de Amyloid-precursoreiwit (APP) -genen. Ap-peptiden worden gegenereerd door PSEN carboxipeptidase-activiteit van y-secretase (GSEC) op de y-plaatsen, tijdens deze processen wordt APP op een sequentiële manier om de drie (en zelden vier of vijf) aminozuren tegelijkertijd gesneden, waarbij peptiden van verschillende lengtes die korter zijn, meer hydrofiel en meer geneigd zijn om de extracellulaire ruimte te verlaten. Meer dan 200 mutaties in genen die coderen voor APP of PSEN zijn in kaart gebracht bij AD-patiënten, maar de mechanismen waarmee mutaties pathogene fenotypen veroorzaken blijven grotendeels onbekend. Het is aangetoond dat de verhouding, in plaats van de hoeveelheden Aβ van verschillende lengten, veel belangrijker lijkt te zijn bij het ontwikkelen van toxiciteit in FAD. Recent is aangetoond dat opeenvolgende knipbewegingen op Aß resulteren in progressief minder stabiele GSEC-Aβ-complexen. Er werd ook aangetoond dat APP en PSEN FAD-mutanten een additief destabiliserend effect hebben op enzym-substraatcomplexstabiliteit die de processiviteit verlaagt, waardoor een langere Ap-soort vrijkomt. Deze destabilisatie is vergelijkbaar met thermostabiliteitsveranderingen in enzym-substraatcomplex waarvan werd aangetoond dat ze werden verlicht met behulp van stabiliserende GSEC-modulatoren (GSM) - stabilisatoren. Deze bevinding opent veel vragen. Hoe verbindt GSEC APP en Aβ? Wat zijn de structurele eigenschappen van het enzym-substraatcomplex? Hoe verlagen FAD-mutaties de GSEC-processiviteit en hoe verminderen stabilisatoren dit effect? Om deze vragen te beantwoorden, is verder onderzoek naar de GSEC-structuur noodzakelijk. PSEN is een van de vier subeenheden van GSEC, andere zijn Nicastrin (NCT), Presenilin enhancer 2 (PEN2) en Anterior pharynx-defective 1 (APH-1). Bij de mens komen PSEN en APH-1 beide in twee isovormen, PSEN1, PSEN2 en APH-1A, respectievelijk APH-1B, waardoor GSEC vier verschillende enzymcomplexen kan vormen. Van APH-1B-complexen is aangetoond dat ze bijdragen aan de productie van Aβ in de menselijke hersenen en een verminderde efficiëntie van y-splitsing hebben, wat resulteert in een verschuiving van de productie naar langere Ap-species. Het blijft een open vraag hoe APH-1B PSEN beïnvloedt om Aβ-productprofielen van y-secretase te verschuiven. We zullen proberen de moleculaire mechanismen van GSEC-APP-binding, -processiviteit en -complexstabilisatie op te helderen met behulp van moleculaire biologie en structurele studies. Met behulp van cryogene elektronenmicroscoop met enkel deeltje zullen we de structuur van 1B (PSEN1, APH-1B) GSEC oplossen en dit structurele inzicht gebruiken om het effect van allosterische modulatie van PSEN op gegenereerde Aβ-producten te verklaren. Hierna zullen we de structuur van het GSEC-APP-complex en het GSEC-APP-stabilisatorcomplex oplossen en deze informatie gebruiken om het effect van FAD-mutaties op de GSEC-procescapaciteit te verklaren en te voorspellen.