Untersuchungen zur Rolle der Glutaminyl-Cyclase bei der pathologischen Bildung von Pyroglutamyl-Peptiden - [kumulative Dissertation]

Abstract

Posttranslationale Modifikationen spielen eine wichtige Rolle bei der Reifung von Proteinen und beeinflussen deren Funktion und Stabilität im Organismus. Die Bildung von Pyroglutamat (pGlu) ist für eine Reihe von Peptidhormonen, wie z.B. Thyreoliberin (TRH) und Gonadoliberin (GnRH) sowie sezernierten Proteinen beschrieben worden. Die pGlu-Modifikation entsteht durch intramolekulare Zyklisierung eines Glutaminylrestes. Die Reaktion wird in Tieren und Pflanzen durch Glutaminyl-Cyclasen (QC; EC 2.3.2.5) katalysiert. Im menschlichen Organismus geht offensichtlich eine Reihe von pathophysiologischen Veränderungen mit einer Bildung von Pyroglutamylpeptiden einher. Dies betrifft u.a. neurodegenerative Erkrankungen wie die Alzheimersche Krankheit oder entzündliche Prozesse. In der vorliegenden Arbeit wurde die QC-vermittelte Bildung von pGlu am N-Terminus der Peptide Aβ und CCL2 untersucht, welchen offenbar Schlüsselfunktionen in diesen Erkrankungen zukommen. Es konnte gezeigt werden, dass QC auch die Zyklisierung von Glutamat am N-Terminus von Aβ-Peptiden nach amyloidogener und Prohormonkonvertase-vermittelter Prozessierung in Säugerzellkultur katalysiert. Die Applikation eines spezifischen QC-Inhibitors verringerte sowohl die Glutaminyl- als auch die Glutamylzyklisierung. Die QC-katalysierte Bildung von pGlu-Aβ verläuft in den zellulären Modellsystemen vorwiegend intrazellulär. Der N-terminale pGlu-Rest von CCL2 beeinflusst die Stabilität und somit die chemotaktische Potenz dieses Chemokins. Durch eine Sezernierung von nicht vollständig gereiftem CCL2 kommt es zu einem Abbau durch Aminopeptidasen, wie z.B. DP4. Die Applikation eines QCInhibitors beeinflusste die arteriosklerotischen Veränderungen im Modell der „cuff“-induzierten Arteriosklerose. In einem weiteren Teil der Arbeit konnte ein Isoenzym der QC isoliert und charakterisiert werden. Humane QC und isoQC weisen eine Sequenzidentität von ca. 50% auf. Im Unterschied zur QC ist die isoQC ein Typ II-Transmembranprotein, welches im Golgi-Apparat zurückgehalten wird. Diesbezüglich ähnelt das Protein Glykosyltransferasen. Aufgrund der stabilisierenden Wirkung des pGlu-Restes für den N-Terminus verschiedener Proteine hat die Inhibierung von QC eine proteolysefördernde und dadurch aktivitätsmodulierende Wirkung. Dies könnte zur Behandlung verschiedener Krankheitssymptome dienen, welche durch das Auftreten von stabilen pGlu-Peptiden verursacht werden. Insofern sind die im Rahmen dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse für die Entwicklung spezifischer QC-Inhibitoren zur Behandlung einer Reihe von pGlu-Proteinabhängigen Erkrankungen bedeutsam.