Signalpeptid-Peptidasen als Modelle für y-Sekretase (KE)
Prof. Dr. Regina Fluhrer
Leiterin Kooperations-Einheit
Prof. Fluhrer ist Gruppenleiterin am Biomedizinischen Centrum München der LMU
Feodor-Lynen-Str. 17
81377 München

regina.fluhrer@dzne.de
 +49 89 4400-46505

Forschungsschwerpunkte

Intramembranproteasen (ICliPs) spielen eine Rolle im Rahmen der reversen Signaltransduktion und dem Abbau von Membranproteinen. Eine Klasse dieser Proteasen wird durch die GxGD-Aspartylproteasen repräsentiert. GxGD beschreibt ein konserviertes Aminosäuremotiv im aktiven Zentrum, das diese Proteasen von herkömmlichen Aspartylproteasen unterscheidet (Abbildung 1). Vertreter der GxGD- Aspartylproteasen sind die Alzheimer-assoziierten Preseniline (PS), die Signalpeptidpeptidase (SPP) und ihre Homologen (SPPLs) sowie die bakteriellen Typ IV-Präpilin-Peptidasen (TFPP). TNFa und Bri2 wurden als erste Substrate identifiziert, die durch SPPL2b, ein Mitglied der SPP / SPPL-Familie, innerhalb ihrer Transmembrandomäne gespalten werden. Dabei ist es wichtig, das zunächst die Ektodomäne der Substrate durch eine andere Protease abgespalten wird (= Shedding). Nur wenn die luminale Domäne kurz genug ist, kann das Substrat von SPPL2b erkannt werden. Zusätzlich spielen aber auch Strukturelemente innerhalb der Transmembran- und Juxtamembrandomänen der Substrate eine wichtige Rolle bei der Substraterkennung.

Das dem DZNE zugeordnete Forschungsprojekt zielt darauf ab, die Homologien und Unterschiede zwischen der PS-Familie und der SPP / SPPL-Familie zu verstehen und potenzielle therapeutische Wirkstoffe gegen die Alzheimer-Krankheit auf Kreuzreaktivität mit SPP / SPPL-Proteasen zu testen.

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Kürzlich konnten wir in einem Proteom-weiten Screen die ersten physiologischen Substrate für SPPL3 identifizieren. Die Verifizierung von Kandidaten-Substraten in Zellkultur-Modellen und in Geweben von SPPL3-Knockout-Mäusen bestätigte SPPL3 als eine der Hauptproteasen, die für die Freisetzung der luminalen Domäne verschiedener Glycosyltransferasen und Glycosidasen in den extrazellulären Raum. (Abbildung 2). Da das katalytische Zentrum von Glycan-modifizierenden Enzymen in ihrer Ektodomäne lokalisiert ist, reduziert die Freisetzung dieser Enzyme ihre katalytische Aktivität im Golgi. Folglich beeinflusst die Menge an expremiertem SPPL3 den Glykosylierungsstatus von sezernierten Proteinen und von Membranproteinen. Erhöhte SPPL3-Expression führt zu einer Hypoglykosylierung von vielen, wenn nicht allen sekretorischen und Membranproteinen, während reduzierte Spiegel von SPPL3 hyperglykosylierte Proteine ​​erzeugen (Abbildung 2). In einem physiologischen Kontext ermöglicht dies den Zellen, das Glykanmuster vieler Proteine ​schnell zu ändern, indem das Expressionsniveau einer einzigen Protease angepasst wird.

In verschiedenen Kooperationsprojekten konnten wir auch das Substratportfolio anderer Mitglieder der SPP / SPPL-Familie erweitern und Substratdeterminanten für bestimmte Substrat / Enzym-Kombinationen analysieren. Zum Beispiel wurden die invariante Kette von CD74 und der Transferrinrezeptor-1 als SPPL2a- bzw. SPPL2b-Substrate identifiziert, und Neuregulin 1 Typ III ist das erste bekannte Sustrat, das sowohl durch g-Sekretase, SPPL2a und SPPL2b prozessiert wird.

Ein Schwerpunkt der Forschungsarbeiten wird in Zukunft die Identifizierung von SPPL2b-Substraten sein. SPPL2b ist im Gehirn stark exprimiert, aber seine physiologische Funktion ist bisher unbekannt. Darüber hinaus ist bekannt, dass sich die Glykosylierungsmuster während der Entwicklung von neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer verändern. Daher werden wir nun untersuchen, ob SPPL3 an diesen Veränderungen beteiligt ist, die auch die Erzeugung von Ab -Peptiden beeinflussen können.

Schlüsselpublikationen

Peer-Hendrik Kuhn, Matthias Voss, Martina Haug-Kröper, Bernd Schröder, Ute Scheperse, Stefan Bräse, Christian Haass, Stefan F. Lichtenthaler, Regina Fluhrer. Secretome analysis identifies novel signal peptide peptidase-like 3 (Sppl3) substrates and reveals a role of Sppl3 in multiple golgi glycosylation pathways. Molecular and Cellular Proteomics. 2014 Dec 31; 14:1584-1598. doi: 10.1074/mcp.M115.048298
Frits Kamp, Edith Winkler, Johannes Trambauer, Amelie Ebke, Regina Fluhrer, Harald Steiner. Intramembrane proteolysis of β-amyloid precursor protein by γ-secretase is an unusually slow process. Biophysical Journal. 2015 Mar 09; 108:1229-1237. doi: 10.1016/j.bpj.2014.12.045
Matthias Voss, Ulrike Künzel, Fabian Higel, Peer-Hendrik Kuhn, Alessio Colombo, Akio Fukumori, Martina Haug-Kröper, Bärbel Klier, Gudula Grammer, Andreas Seidl, Bernd Schröder, Reinhard Obst, Harald Steiner, Stefan F. Lichtenthaler, Christian Haass, Regina Fluhrer. Shedding of glycan-modifying enzymes by signal peptide peptidase-like 3 (SPPL3) regulates cellular N-glycosylation. EMBO Journal. 2013 Dec 31; 33:2890-2905. doi: 10.15252/embj.201488375
Regina Fluhrer, Lucas Martin, Bärbel Klier, Martina Haug-Kröper, Gudula Grammer, Brigitte Nuscher, Christian Haass. The α-helical content of the transmembrane domain of the British dementia protein-2 (Bri2) determines its processing by signal peptide peptidase-like 2b (SPPL2b). Journal of Biological Chemistry. 2012 Feb 09; 287:5156-5163. doi: 10.1074/jbc.M111.328104
Fluhrer R, Grammer G, Israel L, Condron MM, Haffner C, Friedmann E, Böhland C, Imhof A, Martoglio B, Teplow DB, Haass C. A gamma-secretase-like intramembrane cleavage of TNFalpha by the GxGD aspartyl protease SPPL2b. Nat Cell Biol. 2006 Aug 01; 8:894-6. doi: 10.1038/ncb1450

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