Charakterisierung von Antikörpern gegen das Pyroglutamat-3-Amyloid-beta Peptid (AβpE3-Peptid) als Voraussetzung für eine potentielle Anwendung in der Alzheimer Immuntherapie

Abstract

Die Alzheimer Erkrankung (AD) beeinträchtigt mehr als 30 Mio. Menschen weltweit. Histopathologisch ist sie unteranderem charakterisiert durch die extrazelluläre Ablagerung des Amyloid-beta Peptids (Aβ) im Gehirn. Passive Immunisierungen mit der Verwendung von Antikörpern (AK) gegen das Aβ-Peptid zeigten erste Behandlungserfolge. Bisher wurde eine Vielzahl von verschiedenen Aβ-Varianten in Gehirnen von AD-Patienten identifiziert. Zu einer der modifizierten Aβ-Varianten gehört das Pyroglutamat-3-Aβ Peptid (AβpE3), welches toxischere Eigenschaften im Vergleich zum nicht-modifiziertem Aβ-Peptid besitzt. Drei in dieser Arbeit charakterisierten AβpE3-spezifischen AK zeigen eine hohe Affinität gegenüber dem AβpE3-Peptid und inhibieren die Aggregation der AβpE3-Peptide unter in-vitro-Bedingungen. Anhand der strukturellen Charakterisierung mittels Röntgenkristallographie konnte gezeigt werden, dass diese AK andere Bindungsmodi aufweisen als die bisher veröffentlichten Aβ-spezifischen AK. Die tiefe Einbuchtung für die Bindung des hydrophoben AβpE3-N-terminus könnte ein bevorzugtes Gerüst für die Entwicklung von Immuntherapeutika repräsentieren. Zudem konnte eine strukturelle Besonderheit des AβpE3-N-Terminus beobachtet werden.

Alzheimer disease (AD) affects more than 30 million people worldwide. Among others AD is characterized histopathologically by extracellular deposition of the amyloid beta (Aβ) peptide in the brain. Passive immunization with Aβ specific antibodies (ab) has resulted in initial successes in the treatment of patients with mild AD. To date a wide variety of different Aβ variants have been identified in brains of AD patients. One of these is the pyroglutamate-3-Aβ peptide (AβpE3) which has been shown to be more toxic than unmodified Aβ. The three AβpE3-specific ab characterized in this work show high affinity towards the AβpE3 peptide and inhibit fibrillation of the AβpE3 peptide under in vitro conditions. Structural characterization using X-ray crystallography revealed new binding modes compared to Aβ specific ab structures described in the literature. The deep burial of the hydrophobic N-terminus of AβpE3 peptide in these ab binding pockets suggest that these might represent favored scaffolds for immunotherapeutics. In addition, a novel structural feature of the AβpE3 N-terminus was observed in comparison to unmodified Aβ peptide.