Relevance of the interaction between SORLA and the adaptor proteins PACS1 and VPS35 for Alzheimer´s disease processes

Abstract

„Sortilin-related receptor with low-density lipoprotein receptor class A repeats“ (SORLA) ist ein 250 kDa Typ-I Transmembranprotein, das in Neuronen hauptsächlich im trans-Golgi Netzwerk (TGN) lokalisiert, wo es das „amyloid precursor protein“ (APP) bindet. Diese Interaktion verhindert den Transport von APP in endosomale Kompartimente der Zelle, in denen die Spaltung des Proteins in das Peptid Aβ, welches das molekulare Merkmal der Alzheimer Krankheit darstellt, stattfindet. Der zytoplasmatische Bestandteil von SORLA enthält Bindestellen für zytosolische Adapterproteine, die den intrazellulären Aufenthaltsort des SORLA/APP Komplexes in kultivierten Zellen beeinflussen. Allerdings ist die Bedeutung der Adapter für den intrazellulären Transport von SORLA und die Prozessierung von APP in vivo nicht bekannt. Ziel meiner Dissertation war es, die Bedeutung zytosolischer Adapter sowohl für den Transport von SORLA als auch für amyloidogene Vorgänge aufzuklären. Dabei habe ich mich auf die Interaktion von SORLA mit zwei Adaptern fokussiert, die im retrograden Proteintransport von Endosomen zurück in das TGN involviert sind. Dazu habe ich neue, transgene Mausmodelle generiert, die einen mutierten SORLA Rezeptor exprimieren, dem entweder die Bindestelle für den „retromer” Komplex oder für das „phosphofurin acidic cluster sorting protein” (PACS) 1 fehlt. Wie erwartet führen diese Mutationen in primären Neuronen zu einem veränderten Transport von SORLA und APP sowie im Gehirn von Mäusen zu einer erhöhten APP Spaltung. Damit weisen diese Ergebnisse zum ersten Mal auf die Bedeutung von Adapter-vermitteltem retrograden Transport von SORLA für die Prozessierung von APP in vivo hin. Die Bindestelle für PACS1, die in dem von mir generierten Mausmodell mutiert wurde, überlappt mit der Bindestelle für den Adapter AP2. Aus diesem Grund habe ich näher untersucht, welche Funktion speziell PACS1 im Verlauf der Alzheimer Krankheit übernimmt. Der „knockdown” von PACS1 in Zellen der neuronalen Linie SH-SY5Y führt zu einer verringerten Proteinexpression des Adapters und, wie in dem PACS1-bindedefizienten Mausmodell, zu einem veränderten intrazellulären Transport der SORLA/APP Komplexe sowie zu einer erhöhten Spaltung von APP. Überraschenderweise bewirkt der „knockdown“ von PACS1 - SORLA-unabhängig - eine Erhöhung der Menge an Aβ42. PACS1 ist in den intrazellulären Transport des „cation-independent mannose-6-phosphate receptors“ (CI-MPR) involviert, der für die Reifung der Aβ-abbauenden Protease Cathepsin B verantwortlich ist. Eine verringerte Proteinexpression von PACS1 führt darum zu einem fehlerhaften Transport des CI-MPR, was eine geringere Cathepsin B Aktivität und, daraus resultierend, eine Erhöhung der Menge an Aβ42 zur Folge hat. Meine Ergebnisse konnten damit sowohl eine SORLA-abhängige als auch eine SORLA-unabhängige Funktion von PACS1 in amyloiden Prozessen aufdecken.

„Sortilin-related receptor with low-density lipoprotein receptor class A repeats“ (SORLA) ist ein 250 kDa Typ-I Transmembranprotein, das in Neuronen hauptsächlich im trans-Golgi Netzwerk (TGN) lokalisiert, wo es das „amyloid precursor protein“ (APP) bindet. Diese Interaktion verhindert den Transport von APP in endosomale Kompartimente der Zelle, in denen die Spaltung des Proteins in das Peptid Aß, welches das molekulare Merkmal der Alzheimer Krankheit darstellt, stattfindet. Der zytoplasmatische Bestandteil von SORLA enthält Bindestellen für zytosolische Adapterproteine, die den intrazellulären Aufenthaltsort des SORLA/APP Komplexes in kultivierten Zellen beeinflussen. Allerdings ist die Bedeutung der Adapter für den intrazellulären Transport von SORLA und die Prozessierung von APP in vivo nicht bekannt. Ziel meiner Dissertation war es, die Bedeutung zytosolischer Adapter sowohl für den Transport von SORLA als auch für amyloidogene Vorgänge aufzuklären. Dabei habe ich mich auf die Interaktion von SORLA mit zwei Adaptern fokussiert, die im retrograden Proteintransport von Endosomen zurück in das TGN involviert sind. Dazu habe ich neue, transgene Mausmodelle generiert, die einen mutierten SORLA Rezeptor exprimieren, dem entweder die Bindestelle für den „retromer” Komplex oder für das „phosphofurin acidic cluster sorting protein” (PACS) 1 fehlt. Wie erwartet führen diese Mutationen in primären Neuronen zu einem veränderten Transport von SORLA und APP sowie im Gehirn von Mäusen zu einer erhöhten APP Spaltung. Damit weisen diese Ergebnisse zum ersten Mal auf die Bedeutung von Adapter-vermitteltem retrograden Transport von SORLA für die Prozessierung von APP in vivo hin. Die Bindestelle für PACS1, die in dem von mir generierten Mausmodell mutiert wurde, überlappt mit der Bindestelle für den Adapter AP2. Aus diesem Grund habe ich näher untersucht, welche Funktion speziell PACS1 im Verlauf der Alzheimer Krankheit übernimmt. Der „knockdown” von PACS1 in Zellen der neuronalen Linie SH-SY5Y führt zu einer verringerten Proteinexpression des Adapters und, wie in dem PACS1-bindedefizienten Mausmodell, zu einem veränderten intrazellulären Transport der SORLA/APP Komplexe sowie zu einer erhöhten Spaltung von APP. Überraschenderweise bewirkt der „knockdown“ von PACS1 - SORLA-unabhängig - eine Erhöhung der Menge an Aß42. PACS1 ist in den intrazellulären Transport des „cation-independent mannose-6-phosphate receptors“ (CI-MPR) involviert, der für die Reifung der Aß-abbauenden Protease Cathepsin B verantwortlich ist. Eine verringerte Proteinexpression von PACS1 führt darum zu einem fehlerhaften Transport des CI-MPR, was eine geringere Cathepsin B Aktivität und, daraus resultierend, eine Erhöhung der Menge an Aß42 zur Folge hat. Meine Ergebnisse konnten damit sowohl eine SORLA-abhängige als auch eine SORLAunabhängige Funktion von PACS1 in amyloiden Prozessen aufdecken.