Stabilität der Synuklein Proteine

Stability of Synuclein Proteins

von Diana Voll
Dissertation
Datum der mündl. Prüfung:2025-02-04
Erschienen:2025-01-22
Betreuer:Prof. Dr. Mathias Bähr
Gutachter:Prof. Dr. Mathias Bähr
Gutachter:Prof. Dr. Markus Zweckstetter
Gutachter:Prof. Dr. Ralf Dressler
Förderer:Vorsprung Promotionskolleg der Klinik für Neurologie der Universitätsmedizin Göttingen
Zum Verlinken/Zitieren: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-11012

 

 

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Zusammenfassung

Englisch

The protein α-synuclein, which belongs to the synuclein family along with β- and γ-synuclein, plays a crucial role in the pathogenesis of Parkinson's disease. β-synuclein is also etiopathologically linked to the development of a synucleinopathy, dementia with Lewy bodies (DLB), due to two mutations. In contrast, γ-synuclein is not associated with neurodegenerative diseases and only shows the ability to form insoluble aggregates under specific experimental conditions. The aggregation potential of the three proteins, leading to the formation of toxic species, is determined by various factors, with protein concentration playing a decisive role. This concentration can be influenced by factors such as overexpression in experimental contexts or duplications and triplications of the SNCA gene in early-onset Parkinson's disease (PD). Besides the regulation of synthesis, protein balance is maintained by degradation mechanisms. Differences in degradation and thus protein stability have been suggested as reasons for the varying aggregation potentials and neurotoxicities of the three synuclein proteins. In the present study, the degradation kinetics of the three proteins were examined using a cell culture model in embryonic rat cortex neurons with transgenic overexpression of the three synucleins through adeno-associated viral vectors. The three synuclein proteins exhibited very similar degradation kinetics, characterized by exponential decay. Initially, a rapid degradation was observed, with a reduction in protein concentration by 70% during the first seven days after expression cessation, followed by a slower degradation phase in which protein concentration approached zero over the next seven days. Based on these findings, the three synuclein proteins appear to share similar degradation kinetics. Differences in protein stability do not seem to be a decisive factor in the varying neurotoxicities of α-, β-, and γ-synuclein
Keywords: Synucleinopathy; Alpha-Synuclein; Beta-Synuclein; Gamma-Synuclein; Synuclein; Protein Degradation; Parkinson's Disease

Deutsch

Das Protein α-Synuklein, das neben β- und γ-Synuklein Mitglied der Synuklein-Familie ist, trägt entscheidend zur Pathogenese der Parkinson Erkrankung bei. Auch β-Synuklein steht durch zwei Mutationen in ätiopathologischer Verbindung mit der Entstehung einer Synuk-leinopathie, der DLB. Demgegenüber steht γ-Synuklein nicht mit neurodegenerativen Er-krankungen im Zusammenhang und zeigt nur unter speziellen experimentellen Konditionen die Fähigkeit in unlösliche Aggregate überzugehen. Das Aggregationspotenzial der drei Pro-teine mit Bildung toxischer Spezies wird durch verschiedene Faktoren bestimmt, dabei spielt die Proteinkonzentration, beeinflusst durch z. B. Überexpression im experimentellen Kon-text oder Duplikationen und Triplikationen des SNCA-Gens bei früh einsetzender PD, eine entscheidende Rolle. Neben der Regulation der Synthese wird das Proteingleichgewicht durch die Degradationsmodalitäten aufrechterhalten. Unterschiede im Abbau und damit in der Stabilität der Proteine wurden als Ursache für das unterschiedliche Aggregationspotenzial und damit die unterschiedliche Neurotoxizität der drei Synuklein-Proteine angenommen. In den hier durchgeführten Untersuchungen wurde die Degradationskinetik für die drei Prote-ine auf Basis eines Zellkulturmodells in embryonalen Kortexneuronen der Ratte mit trans-gener Überexpression der drei Synukleine durch Adeno-assoziierte virale Vektoren ermittelt. Die drei Synuklein-Proteine zeigten eine sehr ähnliche Degradationskinetik, die sich als ex-ponentieller Zerfall darstellte. Initial ließ sich eine rasche Degradation mit Reduktion der Proteinkonzentration um 70 % über die ersten sieben Tage nach Expressionsstopp zeigen, mit im Anschluss verlangsamter Degradation, bei der die Proteinkonzentration über die nächsten 7 Tage gegen null ging. Auf Basis dieser Untersuchungen ist von einer ähnlichen Degradationskinetik für die drei Synuklein-Proteine auszugehen. Unterschiede in der Stabi-lität scheinen kein entscheidender Faktor für die unterschiedlichen Neurotoxizität von α-, β- und γ-Synuklein zu sein.
 
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