Wie „extrazelluläre Chaperone“ dabei helfen, abnormale Proteine ​​zu entfernen

Proteine ​​neigen dazu, sich falsch zu falten und defekt zu werden, wenn sie Stressfaktoren wie Hitze, Oxidation und pH-Änderungen ausgesetzt werden. Die Ansammlung abnormaler Proteine ​​trägt zu neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer bei.

Wie geht der menschliche Körper mit solch fehlgefalteten oder defekten Proteinen um? Es reguliert Proteinnetzwerke über einen Prozess namens Proteostase, der die Proteinaggregation und jegliche Schäden verhindert, die durch eine fehlgefaltete Proteinansammlung innerhalb (intrazellulärer) oder außerhalb (extrazellulärer) Zellen entstehen können.

Eine Reihe einzigartiger Proteine ​​– molekulare Chaperone – spielen eine wesentliche Rolle bei der Proteostase: Sie zielen auf fehlgefaltete Proteine ​​ab und interagieren mit ihnen, behalten ihre Löslichkeit bei und bestimmen sie für die Neufaltung oder den Abbau. Und während die intrazelluläre Proteostase gut verstanden ist, sind die extrazellulären Bedingungen schwieriger. Die Vermittlung der Proteostase in dieser Umgebung erfordert spezifische extrazelluläre molekulare Chaperone, und die Besonderheiten der extrazellulären Proteostase müssen noch vollständig verstanden werden.

Nehmen wir zum Beispiel ein extrazelluläres Chaperon, Alpha-2-Makroglobulin (ɑ2M), ein reichlich vorhandenes Plasmaprotein. ɑ2M zielt auf defekte Proteine ​​ab und soll die Beseitigung defekter Proteine ​​erleichtern. Der genaue Mechanismus, wie dies geschieht, ist jedoch unbekannt.

Jetzt hat ein Forscherteam unter der Leitung von Dr. Eisuke Itakura, außerordentlicher Professor in der Abteilung für Biologie der Universität Chiba – darunter auch Dr. Ayaka Tomihari und Dr. Mako Kiyota von der Graduate School of Science and Engineering der Universität Chiba und Dr. Akira Matsuura von der Graduate School of Science der Universität Chiba hat die Substrate identifiziert, auf die ɑ2M abzielt.

Sie entwickelten außerdem einen neuartigen Test, der erkennt, wie ɑ2M den lysosomalen Abbau von Zielproteinen vermittelt. Die Ergebnisse der Gruppe wurden in veröffentlicht Wissenschaftliche Berichte.

„Bisher stand keine quantitative Methode zur Verfügung, um den lysosomalen Abbau extrazellulärer Proteine ​​nachzuweisen. Deshalb haben wir einen Fluoreszenz-Internalisierungstest etabliert, um den α2M-vermittelten lysosomalen Abbau zu messen“, sagt Dr. Itakura.

Um den Test zu entwickeln, wurde das Chaperon α2M mit rot und grün fluoreszierenden Proteinen (RFP und GFP oder RG) markiert, die im Inneren der Zellen visuell nachgewiesen werden konnten. Bei der Internalisierung von α2M-RG in Lysosomen wurde die Fluoreszenz von RFP, nicht jedoch von GFP, nachgewiesen. Dies liegt daran, dass GFP zum lysosomalen Abbau neigt, RFP jedoch recht resistent ist.

„Wenn also in diesem Test α2M den Abbau fehlgefalteter Proteine ​​induziert, sollte sich RFP in der Zelle ansammeln und eine rote Fluoreszenz erzeugen“, erklärt Dr. Itakura. Diese Ergebnisse wurden auch in Lysaten roter Blutkörperchen validiert.

Die Gruppe untersuchte auch die Bedeutung, warum in unserem Körper mehrere extrazelluläre Chaperone existieren, indem sie die Substratspezifitäten von α2M und Clusterin, einem anderen extrazellulären Chaperon, verglich.

Zuvor hatte die Gruppe berichtet, dass Clusterin auch am extrazellulären Abbau von Proteinen wie Amyloid-Beta beteiligt ist, deren extrazelluläre Aggregation mit der Alzheimer-Krankheit in Verbindung gebracht wird. Die Gruppe stellte fest, dass α2M ​​und Clusterin zwar überlappende Funktionen hatten, ihre Signalwege jedoch nicht redundant waren.

Es wurde festgestellt, dass α2M ​​die defekten Proteine ​​erkennt, die anfälliger für Aggregation sind. Nach Ansicht der Forscher verleiht dieser Befund der Theorie Glaubwürdigkeit, dass eine Reihe extrazellulärer Chaperone zusammenwirken, um uns vor dem Spektrum fehlgefalteter Proteine ​​zu schützen, die wahrscheinlich im Körper vorkommen.

Doch welche langfristigen Auswirkungen hat diese Arbeit? Dr. Itakura sagt: „In Zukunft könnte sich die Aufklärung des molekularen Mechanismus des Proteinabbaus durch extrazelluläre Chaperone als nützlich bei der Behandlung verwandter Krankheiten wie der Alzheimer-Krankheit erweisen. Durch den Abbau und die Entfernung abnormaler Proteine, die sich außerhalb von Zellen ansammeln, haben extrazelluläre Chaperone das Potenzial dazu.“ ein wertvolles therapeutisches Instrument.“

„Wenn eine detailliertere Beziehung zwischen extrazellulären Chaperonen und Krankheiten ermittelt werden kann, könnte es möglich sein, durch Blutuntersuchungen den Zustand eines Individuums und die Wahrscheinlichkeit, eine bestimmte Krankheit zu entwickeln, vorherzusagen“, schließt er.