Die Bedeutung der Endozytose für die proteolytische Spaltung des Amyloid Precursor Proteins

Der endosomale Transport von APP spielt eine entscheidende Rolle bei der Entstehung der Alzheimer-Demenz. So gehören endosomale Veränderungen zu den frühesten neuropathologischen Kennzeichen der Alzheimer-Erkrankung (Nixon et al., 2001) und eine veränderte Expression des endosomalen Sortierrezeptors SORL1 ist mit einem erhöhten Risiko, an sporadischer Alzheimer-Demenz zu erkranken, assoziiert (Rogaeva et al., 2007). Eine genaue Analyse des intrazellulären APP-Transports und dessen Einfluss auf die proteolytische Spaltung von APP ist aus diesem Grund für das Verständnis der Alzheimer- Demenz unerlässlich und dient auch dem Zweck, mögliche Risikofaktoren der Alzheimer- Erkrankung aufzuzeigen. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde die Bedeutung der APPEndozytose für die proteolytische Spaltung von APP untersucht und mit APLP1 und der SNX9/18/33-Untergruppe zwei neuartige Modulatoren der APP-Endozytose identifiziert. Es konnte gezeigt werden, dass APLP1 spezifisch die APP-Endozytose beeinflusst, wohingegen die SNX9/18/33-Untergruppe einen generellen Effekt auf Dynamin-abhängige Endozytosevorgänge in der Zelle ausübt. Als Folge stimulierten sowohl die Expression von APLP1 als auch die Expression der SNX9/18/33-Untergruppe die Sekretion von sAPPα. Auf die Spaltung von APP durch die β-Sekretase haben APLP1 und die SNX9/18/33-Untergruppe hingegen unterschiedlichen Einfluss. So führt die Expression von APLP1 zu einer Abnahme von sAPPβ, während die Expression der SNX9/18/33 Untergruppe die sAPPβ-Sekretion nicht verändert.

Auch der molekulare Mechanismus des APLP1- und SNX9/18/33-vermittelten Effekts auf die APP-Endozytose wurde identifiziert. So konkurriert APLP1 mit APP um die Bindung an die Endozytose-relevanten Proteine Fe65 und LRP. Die Expression von APLP1 verlangsamt deswegen die Endozytose von APP, als Folge akkumuliert APP an der Plasmamembran und wird vermehrt von α-Sekretasen und weniger durch die β-Sekretase geschnitten. Es konnte gezeigt werden, dass APLP1 über das erweiterte Internalisierungsmotiv GYENPTY an Fe65 bindet, wobei der erste Tyrosinrest (Tyr638) innerhalb dieses Motivs kritisch sowohl für die Bindung von APLP1 an FE65, als auch für die APLP1-vermittelte Spaltungszunahme von APP ist. Im Gegensatz zu APLP1 haben andere NPXY-Motiv-enthaltende Oberflächenrezeptoren wie der IR und der EGFR, denen der Tyrosinrest des erweiterten GYENPTY-Motivs fehlt, keinen Einfluss auf die Ektodomänenprozessierung von APP. Konsistent mit einem über Fe65- und LRP-vermittelten Effekt, stimuliert APLP1 die Ektodomänenspaltung von APP nur in Gegenwart von LRP. Damit beschreiben wir einen vollkommen neuen Mechanismus, wie die Spaltung von APP regulieret werden könnte. Denn durch die differentielle Expression eines APP-Familienmitglieds könnte die Spaltung der jeweils anderen APP-Homologen wirksam beeinflusst werden.

Die Expression der SNX9/18/33-Untergruppe inhibierte hingegen die Endozytose mehrerer Oberflächenrezeptoren wie APP und dem Transferrinrezeptor und führte zu einer Zunahme an Plasmamembran-lokalisiertem APP und als Folge dessen zu einer gesteigerten α-Sekretase- Prozessierung von APP. Weniger Homologe SNXe wie SNX1 und SNX17 haben hingegen keinen Einflus auf die Spaltung von APP. Da SNX9/18/33 an Dynamin in Abhängigkeit der SH3-Domäne bindet und mit Dynamin in der Zelle kolokalisiert, postulieren wir in Übereinstimmung mit vorangegangenen Publikationen (Lundmark et al., 2004, Soulet et al., 2005), dass SNX9/18/33 unter physiologischen Bedingungen nur an einen Teil des zellulären Dynamins bindet und diesen Teil inaktiviert. Die Expression von SNX9/18/33 hingegen könnte dieses Gleichgewicht verschieben und zu einem Funktionsverlust des gesamten Dynamins führen.

Die Hemmung der APP-Endozytosse resultiert in den hier untersuchten Systemen zu einer veränderten Spaltung von APP durch die α- und β-Sekretase. Die Ergebnisse dieser Doktorarbeit unterstreichen damit die modulatorische Rolle der Endozytose für die Ektodomänenspaltung von APP. Des Weitern kann das vor kurzem postulierte Modell, in dem APP in einem Komplex mit Fe65 und LRP endozytiert wird (Piertzik et al., 2004), bestätigt und ein neuer Regulationsmechanismus der APP-Endozytose in diesem Komplex durch die APP-Homologen vorgeschlagen werden. Schließlich wird die SNX9/18/33-Untergruppe als eine wichtige zellbiologische Komponente der Dynamin-abhängigen Endozytose identifiziert.