ER retention signals in the ɣ-secretase and their role in complex assembly

Faßler, Matthias

The Aβ peptides that are the principal component of the amyloid plaques in the brains of AD patients are released to the extracellular space by the activity of ɣ-secretase. It was the aim of the present study to provide evidence for a hypothetical quality control mechanism for ɣ-secretase assembly. By applying a reporter protein approach, two novel ER retention signals were identified in the transmembrane domain (TMD) 4 of PS1 and the TMD1 of Pen2. Mutagenesis of the two known signals in PS1 (TMD4 and TMD9) did not result in the ER export of full-length PS1. Thus, it is suggested here that further signals exist in PS1. Furthermore, Retention in the ER 1 (Rer1) was identified as a protein involved in the ER retention of Pen2 but not PS1. Pen2 was the first identified mammalian substrate of Rer1 and Rer1 interacts with Pen2 via the binding to the Pen2-TMD1. The signal in the PS1-TMD4 is independent of Rer1, suggesting that other, so far unknown mechanisms exist which contribute to TMD-based ER retention. Data from our lab and by others already demonstrated that the Pen2-TMD1 and the PS1-TMD4 are necessary for the interaction of PS1 and Pen2. Thus, both TMDs are bifunctional, since they contribute to protein-protein interaction and to ER retention. This protein-protein interaction between the TMDs results in the masking and inactivation of the retention signals in both TMDs. In this way both functions of the TMDs are connected and contribute to the ER quality control for the ɣ-secretase assembly. Additionally, it was shown that the stable overexpression of the PS1-TMD4 interferes with the described quality control mechanism and thus with the assembly of the ɣ-secretase. This finding discloses the possibility that pharmacological targeting of ɣ-secretase TMDs could be used to inhibit this important enzyme under pathological conditions.

Die Hauptkomponente der amyloiden Plaques im Gehirn von Alzheimer Patienten sind die Aβ Peptide, welche durch die Aktivität der ɣ-Sekretase in den extrazellulären Raum gelangen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Belege für die einen hypothetischen Qualitätskontrollmechanismus beim Zusammenbau der ɣ-Sekretase zu finden. Durch die Anwendung von Reporterproteinen konnten zwei neuartige ER Retentionssignale identifiziert werden, welche in der Transmembrandomäne (TMD) 4 von PS1 und der TMD1 von Pen2 liegen. Die Mutagenese der zwei bekannten Retentionssignale in PS1 (TMD4 und TMD9) führte nicht zum Export von PS1 aus dem ER. Daher ist zu vermuten, dass es weitere Signale in PS1 gibt. Des Weiteren wurde Retention in the ER 1 (Rer1) als ein Protein identifiziert, das zur ER Retention von Pen2, jedoch nicht von PS1, beiträgt. Pen2 ist das erste bekannte Substrat von Rer1 in Säugetierzellen wobei Rer1 mit Pen2 durch die Bindung an die Pen2-TMD1 interagiert. Die Unabhängigkeit des Signals in der PS1-TMD4 von Rer1 impliziert, dass es weitere bisher unbekannte Mechanismen gibt, welche zur TMD-basierten ER Retention beitragen. Ergebnisse von uns und anderen zeigten bereits, dass die Pen2-TMD1 und die PS1-TMD4 notwendig für die Interaktion von PS1 und Pen2 sind. Dementsprechend sind beide TMD bifunktional, da sie sowohl zu einer Protein-Protein Interaktion als auch zur ER Retention beitragen. Diese Protein-Protein Interaktion führt zu einer Maskierung und somit zur Inaktivierung der Retentionssignale in beiden TMD. Auf diese Art und Weise sind beide Funktionen der TMD aneinander gekoppelt und dienen der Qualitätskontrolle beim Zusammenbau der ɣ-Sekretase. Darüber hinaus wurde hier gezeigt, dass die stabile Überexpression der PS1-TMD4 den beschriebenen Qualitätskontrollmechanismus stört und somit den Zusammenbau der ɣ-Sekretase verhindert. Diese Beobachtung eröffnet eine Möglichkeit zur pharmakologischen Beeinflussung der ɣ-Sekretase über ihre TMD.

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Faßler, Matthias: ER retention signals in the ɣ-secretase and their role in complex assembly. 2010.

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