dc.contributor.author
Pigazzini, Maria Lucia
dc.date.accessioned
2022-06-24T08:02:59Z
dc.date.available
2022-06-24T08:02:59Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/34073
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-33791
dc.description.abstract
Neurodegenerative diseases (NDs) are set to become a major burden to society. Understanding the mechanism behind their aetiology is paramount to find strategies for prevention and cure of these progressively debilitating disorders. A common feature of many NDs is the presence of aggregated proteinaceous material in the neurons. These aggregates, also known as amyloids, play a central role in neuronal degeneration. Intermediate structures, oligomers and protofibrils, that precede the formation of amyloids exhibit even greater cytotoxicity. Amyloid, protofibrils and oligomers are the downstream product of misfolded proteins. Proteins containing genetic mutations, such as those involved in ND pathology, or subject to stress, are prone to misfolding. To prevent misfolding and off-pathway formation of toxic species and maintain a general cellular homeostasis, the cell has evolved a set of systems collectively known as the proteostasis network (PN). The PN is responsible for the lifecycle of a protein: from ribosomal synthesis, to chaperone-assisted folding, to timely clearance and degradation. Impairment of any of these processes leads to imbalances of proteostasis and onset or exacerbation of disease. The aim of this dissertation is to present novel strategies designed to investigate aggregation-prone proteins involved in NDs and their relationship with the PN. First, we employ light microscopy and the model organism C. elegans to track the rate of degradation of the disease-causing protein huntingtin (HTT). By expressing HTT, fused with a fluorescent protein, in the neurons of the nematode, it is possible to monitor the location, synthesis, and clearance of HTT, in vivo and non-invasively, and gather information on the fate of both mutant or physiological HTT. Again leveraging the advantages of the nematode and employing fluorescent lifetime imaging (FLIM), we then characterise the presence of soluble, oligomeric and aggregated protein species in C. elegans models of NDs upon aging or stress. FLIM measures the lifetime of a fluorescently tagged aggregation-prone proteins and allows to distinguish, live and non-destructively, their conformational states and structural transitions. Lastly, employing a novel in vitro aggregation assay based on Förster resonance energy transfer (FRET), we uncovered a trimeric chaperone complex capable of both suppressing the innate aggregation of HTT, and actively driving disaggregation of preformed fibrils. Together these methodologies have a powerful transitional potential: to screen and identify biological factors or chemical compounds that can beneficially interfere with either the aggregation propensities of disease-causing proteins, or the PN components responsible for their balance, ultimately establishing successful strategies for treatment or prevention of NDs.
en
dc.description.abstract
Neurodegenerative Erkrankungen (NE) werden zu einer großen Belastung für die Gesellschaft führen. Ein Verständnis der Mechanismen hinter ihrer Ätiologie ist von entscheidender Bedeutung, um Strategien zur Prävention und Therapie dieser Erkrankungen zu finden. Ein gemeinsames Merkmal vieler NE ist die Akkumulation von Proteinaggregaten in Neuronen. Diese Aggregate, die auch als Amyloide bezeichnet werden, spielen eine zentrale Rolle bei der neuronalen Degeneration. Intermediäre Strukturen wie Oligomere und Protofibrillen, die der Bildung von Amyloiden vorausgehen, weisen eine noch größere Zytotoxizität auf. Amyloide, Protofibrillen und Oligomere können aus fehlgefalteten Proteinen hervorgehen, die auf Mutationen beruhen können. Um eine Fehlfaltung und Bildung von toxischen Spezies zu verhindern und eine funktionale zelluläre Physiologie aufrechtzuerhalten, nutzt die Zelle das Proteostase-Netzwerk (PN). Das PN ist für den Lebenszyklus eines Proteins verantwortlich: von der ribosomalen Synthese über die Chaperon-unterstützte korrekte Faltung bis hin zum kontrollierten Abbau. Eine Beeinträchtigung eines dieser Prozesse kann zu einem Ungleichgewicht der Proteostase und dem Auftreten oder gar Verstärkung von Pathologien führen. Das Ziel dieser Dissertation ist es neue Strategien vorzustellen, um aggregationsanfällige Proteine, die an NE beteiligt sind und ihre Beziehung zum PN zu untersuchen. Mittels Lichtmikroskopie wurde im Modellorganismus C. elegans die Stabilität des krankheitsverursachenden Proteins Huntingtin (HTT) analysiert. Wildtyp und mutiertes HTT wurden hierfür mit einem Fluoreszenzprotein fusioniert und gezielt in Neuronen exprimiert, um Synthese und Abbau im lebenden Fadenwurm zu untersuchen. Die Fluorescence lifetime imaging (FLIM) Methode erlaubte eine Charakterisierung und Quantifizierung der löslichen, oligomeren und aggregierten HTT Proteinspezies in C. elegans. Mit FLIM konnte auch der Einfluss des Alterns und Stress auf das Aggregationsverhalten von HTT untersucht werden. FLIM misst die Lebensdauer von Fluoreszenzproteinen, die mit aggregationsanfälligen Proteinen wie HTT fusioniert sind. So wurde es möglich, Konformationszustände und -übergänge im lebenden Tier zu unterscheiden. Schließlich haben wir mit einem neuartigen in vitro Aggregationsassay auf der Basis von Förster-Resonanz-Energie-Transfer (FRET) einen trimeren Chaperonkomplex identifiziert, der sowohl die Aggregation von HTT unterdrücken als auch die Bildung von Fibrillen revertieren kann. Zusammen haben diese Methoden ein hohes Potential, biologische Faktoren oder chemische Verbindungen zu identifizieren, die entweder die Aggregationsneigung von krankheitsverursachenden Proteinen oder die PN-Komponenten, die für deren Gleichgewicht verantwortlich sind, beeinflussen können, um letztendlich erfolgreiche Strategien zur Behandlung oder Prävention von NE zu etablieren.
de
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
Neurodegeneration
en
dc.subject
Proteostasis Network
en
dc.subject
Polyglutamine diseases
en
dc.subject
Huntington´s disease
en
dc.subject
microscopy/imaging
en
dc.subject.ddc
600 Technology, Medicine, Applied sciences::610 Medical sciences; Medicine::610 Medical sciences; Medicine
dc.title
Complementary methodologies and diverse model systems provide translational insight into the aggregation properties of neurodegenerative diseases
dc.contributor.gender
female
dc.contributor.firstReferee
N.N
dc.contributor.furtherReferee
N.N
dc.date.accepted
2022-06-26
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-refubium-34073-3
dc.title.translated
Komplementäre Methoden und verschiedene Modellsysteme bieten translationale Einblicke in die Aggregationseigenschaften von neurodegenerativen Erkrankungen
de
refubium.affiliation
Charité - Universitätsmedizin Berlin
dcterms.accessRights.dnb
free
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open access
dcterms.accessRights.proquest
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