Einfluss der Helix 1 und des β-Faltblattes auf die Aggregation des Prionproteins und seine Amyloidstruktur

Abstract

Prionerkrankungen werden durch die Aggregation des nativen α-helikalen Prionproteins PrPC in seine pathologische Isoform PrPSc verursacht. In derzeitigen PrPSc-Strukturmodellen wird vermutet, dass die Helix 1 bevorzugt in ein β-Faltblatt bei der Aggregation des Prionproteins umfaltet. Diese Annahme wird durch die NMR-Struktur von nativem PrPC gestützt, da im Kontrast zur isolierten Helix 1, die Helices 2 und 3 nur über einen kurzen Loop miteinander verbunden sind und zusätzlich durch eine intrahelikale Disulfidbrücke stabilisiert werden. Allerdings ist Helix 1 sehr hydrophil und besitzt eine starke Tendenz zur Ausbildung helikaler Strukturen. Diese Beobachtungen führten zur Untersuchung der Rolle der Helix 1 bei der Aggregation des Prionproteins in humPrP23-159 einschliesslich Helix 1 (144-156) verglichen mit einer C-terminal trunkierten Isoform humPrP23-144, die beide mit einem Subtyp der humanen Prionerkrankungen, des Gerstmann-Sträussler-Scheinker-Syndroms, assoziiert sind. Unerwartet aggregierte humPrP23-159 signifikant schneller als humPrP23-144, was den aggregationsbeschleunigenden Einfluss der Helix 1 klar belegt. Interessanterweise ist die Helix 1 allerdings nicht resistent gegenüber Proteinase K-Verdau in fibrillärem humPrP23-159, was andeutet, dass Helix 1 nicht in ein β-Faltblatt umgewandelt wird. Dies wird bestätigt durch quantitative FTIR-Spektroskopie, da nahezu kein Unterschied im β-Faltblattgehalt zwischen fibrillärem humPrP23-159 und humPrP23-144 detektiert werden konnte. Zusätzlich konnte ein stark aggregationsbeschleunigender Effekt des β-Stranges S2 bei der Aggregation von humPrP23-173 im Vergleich zu humPrP23-159 aufgezeigt werden. Zusamenfassend erscheint es sehr evident, dass im Gegensatz zu früheren Annahmen Helix 1 bei der Konversion von PrPC in PrPSc nicht in ein β-Faltblatt umgefaltet wird.