Entwicklung eines neuen Verfahrens zur Charakterisierung und Quantifizierung der Proteinakkumulation bei der ALS

Forschungsergebnisse ALS von Christopher Secker, Pressemitteilung April 2018

Zusammenfassung des Forschungsergebnisses zu ALS

‚ÄěBei ca. 95% der ALS-Patienten lagert sich in den von der Neurodegeneration betroffenen Hirn- und R√ľckenmarksregionen das Protein TDP-43 ab. Dieses Protein steht im Verdacht am Fortschritt der ALS ma√ügeblich beteiligt zu sein. Christopher Secker hat in einem Forschungsprojekt ein neues Testverfahren entwickelt mit dessen Hilfe unter anderem die Ansammlung des TDP-43 Proteins untersucht werden kann.‚Äú

Bei ca. 95% der ALS-Patienten lagert sich in den von der Neurodegeneration betroffenen Hirn- und R√ľckenmarksregionen, insbesondere dort wo sich die Motoneuronen befinden (Motorischer Cortex, vorderes Spinalhorn), das RNA-bindende Protein TDP-43 ab. Es bildet eine unl√∂sliche Akkumulation im Zellk√∂rper von Neuronen, die in gesunden Individuen nicht oder nur sehr selten festzustellen ist.

 

Es ist mittlerweile bekannt, dass diese unl√∂slichen Proteinspezies -√§hnlich wie Prion-Proteine von Prionenerkrankungen und auch wie Proteinablagerungen, die bei anderen neurodegenerativen Erkrankungen wie Parkinson, Alzheimer, Chorea Huntington vorkommen – in der Lage sind, eine Akkumulation von l√∂slichen, noch funktionellen TDP-43 Proteinen zu induzieren. Einerseits f√ľhrt dies dazu, dass das TDP-43 nicht mehr ausreichend seiner nat√ľrlichen Funktion nachgehen kann und andererseits belastet und sch√§digt eine starke Ablagerung fehlgefalteter Proteine andere lebenswichtige Prozesse in den betroffenen Zellen.

 

Die unl√∂slichen TDP-43 Proteinspezies in den Neuronen, die von der¬† Proteinablagerung betroffen sind, werden zudem an ihre direkte Umgebung als auch entlang ihrer Nervenfaserverbindungen, abgegeben. Nehmen andere Zellen diese fehlgefalteten Proteine auf, wird in ihnen die Akkumulation von l√∂slichem TDP-43 induziert. Eine verbreitete Hypothese besteht darin, dass diese Ausbreitung der unl√∂slichen TDP-43 Proteinspezies √ľber das zentrale
Nervensystem f√ľr das Fortschreiten der ALS eine wichtige Rolle spielt.

 

Am 01. September 2016 startete ein Forschungsprojekt zur Grundlagenforschung bei der ALS in Kooperation mit dem Max-Delbr√ľck-Centrum f√ľr molekulare Medizin (MDC, Arbeitsgruppe Erich Wanker) in Berlin und dem Deutschen Zentrum f√ľr neurodegenerative Erkrankungen (DZNE, Arbeitsgruppe Harald Pr√ľ√ü). Das Projekt ist f√ľr f√ľnf Jahre angelegt und untersucht die sch√§dlichen Eiwei√üablagerungen (Proteinaggregationen) in Nervenzellen bei der ALS. Teil dieses Forschungsprojektes ist Christopher Secker, der als experimentell t√§tiger Arzt bereits zu den Proteinablagerungen bei der Alzheimer-Erkrankung am MDC in Berlin gearbeitet hat. Seine Forschungserfahrungen und Methodenkenntnisse zur experimentellen Medizin, die er in der Alzheimer-Forschung erworben hat, bringt er in die ALS-Grundlagenforschung ein und entwickelt sie in Bezug auf die ALS weiter.

 

Mit der Forschungsgruppe hat er ein neuartiges Testverfahren entwickelt, mithilfe dessen die Akkumulation des TDP-43 Proteins und die Induktion bereits fehlgefalteter Proteine auf das l√∂sliche Protein untersucht werden kann. Dazu werden TDP-43 Proteine beziehungsweise deren f√ľr die Aggregation ma√ügebenden, C-terminalen Fragmente an zwei verschiedene Fluoreszenzproteine gekoppelt. So kann die Zusammenlagerung der anfangs l√∂slichen Proteine durch die Energie√ľbertragung von einem TDP-43 Protein auf andere (F√∂rster Resonance Energy Transfer – FRET) √ľber die Zeit verfolgt werden. Je st√§rker die Akkumulation und je weniger l√∂sliche TDP-43 vorliegen, desto st√§rker wird das Signal. Zus√§tzlich untersucht die Arbeitsgruppe, welchen Einfluss bereits fehlgefaltete ALS Proteine auf die Akkumulation l√∂slicher TDP-43 Proteine haben um den Prozess der induzierten Fehlfaltung besser verstehen zu k√∂nnen.

 

Ziel dieses Ansatzes ist, die Dynamik der Proteinfehlfaltung bei der ALS zu charakterisieren und zu evaluieren, ob sich mithilfe dieses Verfahrens die Last an bereits fehlgefalteten TDP-43 Proteinen in betroffenen Patienten messen lässt. Dies könnte als Biomarker fungieren, um den Verlauf der ALS-Erkrankung biologisch zu monitoren und insbesondere in der Erprobung neuer Medikamente im Rahmen von Studien helfen, den Effekt der  untersuchten Subtanzen auf die Ablagerung dieser Proteine zu beurteilen.

 

Da das neuartige Testverfahren auch Hochdurchsatz-kompatibel ist ‚Äď es also in gr√∂√üerem Ma√üstab (teil-)automatisiert angewendet werden kann, testet das Forschungsteam auch ganze Substanzbibliotheken, um potenzielle Wirkstoffe zu identifizieren, die die Fehlfaltung und Akkumulation des TDP-43-Proteins verhindern k√∂nnen.

 

Abbildung 1: Verfolgung der TDP-Akkumulation mithilfe von Rasterkraftmikroskopie (links). Das entwickelte Testverfahren kann zuverl√§ssig die Fehlfaltung und Zusammenlagerung √ľber die Zeit messen.

 

Abbildung 2: Eine von der TDP-Proteinablagerung betroffene Zelle unter dem Mikroskop. Mithilfe dieses zellbasierten Testsytems untersuchen wir die molekularen Ursachen der Proteinfehlfaltung und identifizieren m√∂gliche Ansatzpunkte f√ľr eine kausale Therapie der ALS.