dc.contributor.advisor | Zweckstetter, Markus Prof. Dr. | de |
dc.contributor.author | Bibow, Stefan | de |
dc.date.accessioned | 2013-01-30T11:31:00Z | de |
dc.date.available | 2013-01-30T23:51:29Z | de |
dc.date.issued | 2011-09-14 | de |
dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-000D-F1D8-E | de |
dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-3545 | |
dc.description.abstract | Das Mikrotubuli-stabilisierende,
intrinisch ungeordnete Protein tau ist für den axonalen Transport
in Neuronen verantwortlich. Das binden an und das lösen von den
Mikrotubuli wird durch ein komplexes Gleichgewicht von
Phosphorylierung und Dephosphorylierung reguliert. Zusätzlich
konnte ein klarer Zusammenhang zwischen der Alzheimerschen
Krankkheit (AK) und tau etabliert werden. Tau-vermittelte
neurodegenerative Erkrankungen sind durch unlösliche tau-Aggregate
charakterisiert, sogenannten „paired helical filaments“, welche
sich zu „neurofibrillären Geflechten“ zusammenlagern. Es ist jedoch
unklar, welche extra- oder intrazellulären Faktoren die Umwandlung
von einem physiologisch relevanten Protein zu einem Pathogen
induzieren. In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Aspekte
des Tau Proteins mittels NMR Spektroskopie untersucht. Im ersten
Teil dieser Arbeit wurde die tertiäre Struktur des Tau Proteins
mithilfe von paramagnetischen Relaxationsexperimenten untersucht.
Die dabei erhaltenen 2288 interatomaren Distanzen wurden für
Ensemble-Strukturberechnungen benutzt, welche in ein
Reste-spezifisches Modell resultierten. Der zweite Teil der Arbeit
untersucht die derzeitige Leistungsfähigkeit von „disorder
predictors“, Programme zur Vorhersage von Eigenschaften von
ungeordneten Proteinen. Eine gute Vorhersage von intramolekularen
Kontakten konnte durch IUPred erreicht werden, welche gut mit der
experimentell ermittelten intramolekularen Kontaktkarte
korrelierte. Protein-Protein-Bindungssstellen wurden mit ANCHOR
vorhergesagt, welche sehr gut mit den Tau-Mikrotubuli
Bindungsstellen übereinstimmten. Für die Sekundärstrukturvorhersage
wurde ein Kombination von Programmen benutzt, welche letztendlich
die korrekten Sekundärstrukturen für die höchsten experimentell
ermittelten Sekundärstrukturwahrscheinlichkeiten prognostizierten.
Das Auftreten von paired helical filaments ist immer mit deren
Hyperphosphorylierung verbunden. Um unspezifische und partielle
Phosphorylierung zu vermeiden wurde der hyperphosphorylierte
Zustand simuliert, indem Serine und Threonine durch Glutaminsäure
ersetzt wurden. Wir pseudophosphorylierten Serine und Threonine in
AK-spezifischen Epitopen (AT8, AT100 und PHF1). Wir untersuchten
dann, inwiefern sich die globale und lokale Struktur dieses
pseudophosphorylierten Tau-Proteins veränderten. Wir konnten
zeigen, dass Pseudophosphorylierung zu einem Öffnen der
„paper-clip“ Struktur führte. Die Wichtigkeit von transienten
langreichweitigen Wechselwirkungen wird dadurch unterstrichen, da
genau diese Mutante eine höhere Aggregationsrate besitzt Die
Abschwächung der transienten langreichweitigen intramolekularen
Wechselwirkungen geschieht vor lokalen Strukturänderungen.
Im vierten Teil dieser Arbeit untersuchten wir die fuzzy coat der
paired helical filaments mit NMR. Aufgrund der Größe der Aggregate
nutzten wir „high-resolution magic angle spinning“. Wir sahen eine
hoch dynamische N-terminale (Reste 1M-T212) und C-terminale fuzzy
coat (Reste 399V-L441), welche transient mit dem Fibrillenkern
wechselwirkt. Der N-terminus zeigte eine verstärkte
elektrostatische Wechselwirkung mit dem Fibrillenkern. Das erklärt
die Bindung von konformations-spezifischen Antikörpern an das
Tau-Protein mit zwei diskontinuierlichen Epitopen am N-terminus und
am Fibrillenkern. | de |
dc.format.mimetype | application/pdf | de |
dc.language.iso | eng | de |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/ | de |
dc.title | Unraveling the structure of monomeric and fibrilized 441-residue tau with NMR spectroscopy | de |
dc.type | doctoralThesis | de |
dc.title.translated | Die Enträtselung der Struktur von monomeren und fibrillisiertem 441-Reste tau mithilfe der NMR Spektroskopie | de |
dc.contributor.referee | Zweckstetter, Markus Prof. Dr. | de |
dc.date.examination | 2011-08-18 | de |
dc.subject.dnb | 500 Naturwissenschaften | de |
dc.subject.gok | W | de |
dc.description.abstracteng | The microtubule-associated, intrinsically
disordered protein tau is a key- protein in maintaining the axonal
transport in neurons. The association to and the dissociation from
microtubules is regulated via a complex pattern of phosphorylation
that is still largely unknown. Moreover, a clear relationship
between Alzheimer’s disease (AD) and tau was established.
Tau-mediated neurodegenerative diseases are characterized by
insoluble tau-aggregates, term- ed paired helical filaments that
eventually assemble into neurofibrilary tan- gles. However, it is
unclear, which extracellular or intracellular factors might trigger
the transformation from a physiological important protein into a
pathological agent. In this thesis, several aspects of tau were
investigated using NMR spec- troscopy. In the first part of the
results section, paramagnetic relaxation experiments were conducted
that allowed the characterization of the global folding of
monomeric tau in solution with great detail. The 2288 distance re-
straints derived from these experiments has allowed for an ensemble
structure calculation, that resulted in a residue-specific model.
The second part of the results section investigates the performance
of disorder predictors. We found a good correlation of the
residue-contacts predicted with IUPred when compared to the contact
map of tau. Protein- binding sites prediction with ANCHOR is in
very good agreement with the hot-spots of microtubule-binding. For
the secondary structure prediction, a combined approach of
predictors allowed for the correct secondary structure assignment
to the strongest residual secondary structure propensities. The
occurrence of paired helical filaments is accompanied with a hy-
perphosphorylated state of tau. To avoid incomplete and unspecific
phos- phorylation, we decided to mimic phosphorylation by replacing
serines and threonines with glutamic acid in epitopes of
AD-diagnostic antibodies (AT8, AT100 and PHF1). The global and
local structural characteristics were investigated and compared to
the wildtype of tau. We demonstrate, that pseudophosphorylation
results in an opening of the paperclip conformation. The higher
aggregation rate found for this pseudophosphorylated tau-mutant
underpins the importance of the transient network of intramolecular
inter- actions. We found, that a weakening of the transient
interactions precedes local structural changes. In the fourth part,
the NMR-investigations were conducted on the fuzzy coat of tau
paired helical filaments. Due to the size of the aggregates of more
than 1 MDa, the use of high resolution magic angle spinning was
imperative. The presence and assignment of residues 1M-T212 and
399V-L441 indicate a highly dynamic N-terminal and C-terminal fuzzy
coat, that transiently con- tact the PHF-core. In particular the
very N-terminus shows a tightened electrostatic interaction with
the PHF-core. These findings rationalize the affinity of
conformation-specific PHF-tau antibodies that exhibit two dis-
continuous epitopes, one at the very N-terminus and the second
within the PHF-core. | de |
dc.contributor.coReferee | Wouters, Fred Prof. Dr. | de |
dc.subject.topic | Biology (incl. Psychology) | de |
dc.subject.ger | tau | de |
dc.subject.ger | fibrils | de |
dc.subject.ger | NMR | de |
dc.subject.ger | HRMAS | de |
dc.subject.ger | filaments | de |
dc.subject.ger | Alzheimer | de |
dc.subject.ger | pseudophosphorylation | de |
dc.subject.eng | tau | de |
dc.subject.eng | fibrils | de |
dc.subject.eng | NMR | de |
dc.subject.eng | HRMAS | de |
dc.subject.eng | filaments | de |
dc.subject.eng | Alzheimer | de |
dc.subject.eng | pseudophosphorylation | de |
dc.subject.bk | Molekularbiologie | de |
dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:7-webdoc-3136-5 | de |
dc.identifier.purl | webdoc-3136 | de |
dc.affiliation.institute | Biologische Fakultät | de |
dc.identifier.ppn | 730151204 | de |