Regulation des Proteins Alpha-Synuclein während der zellulären Alterung

α-Synuclein wird durch Mutationen sowie der Ausbildung von Proteinaggregaten namens Lewy-Körperchen mit der Entstehung der altersassoziierten Parkinson-Krankheit in Verbindung gebracht. Sowohl familiäre als auch sporadische Fälle sind durch erhöhte α-Synuclein-Spiegel gekennzeichnet. In familiären Fällen wurden Multiplikationen des α-Synuclein-Gens als Ursache für die erhöhte Expression aufgedeckt. In sporadischen Fällen stellt die Alterung den entscheidenden Risikofaktor für die Entstehung der Krankheit dar. Daher wurde in der vorliegenden Arbeit die Regulation von α-Synuclein während der zellulären Alterung in humanen Fibroblasten untersucht. In seneszenten Zellen konnte ein Anstieg der α-Synuclein-Expression nachgewiesen werden, der jedoch die Löslichkeit des Proteins nicht veränderte. Damit scheint die zelluläre Alterung per se nicht für die Aggregation des Proteins, wie sie in Form von Lewy-Körperchen bei z. B. Patienten der Parkinson-Krankheit beobachtet wird, verantwortlich zu sein. Möglicherweise ist die Hochregulation von α-Synuclein eine Folge der Akkumulation von DNA-Schäden in den seneszenten Zellen. Diese Korrelation konnte in jungen Zellen nach dem Einsatz verschiedener DNA-schädigender Agenzien bestätigt werden. Die Untersuchung des Regulationsmechanismus ergab, dass die erhöhte Expression von α-Synuclein in Folge von DNA-Schäden über den ERK1/2-MAPK-Signalweg vermittelt wird. In seneszenten Zellen konnte ebenfalls ein Einfluss dieses Signalweges auf die Expression von α-Synuclein beobachtet werden, allerdings scheint dieser nicht alleinig für die Hochregulation verantwortlich zu sein. Des Weiteren ergab die Betrachtung des γH2A.X-Spiegels nach Induktion von DNA-Schäden, dass α-Synuclein möglicherweise eine protektive Funktion besitzt, da dessen Überexpression zu einer verringerten und die Herunterregulation zu einer vermehrten DNA-Schädigung führte. Die Analyse der subzellulären Lokalisation von α-Synuclein ergab außerdem, dass es in jungen Zellen nach der Induktion von DNA-Schäden zu einer Translokation des Proteins in den Zellkern kommt. Diese Translokation war in seneszenten Zellen verringert. Dies lässt vermuten, dass α-Synuclein in jungen Zellen nach DNA-Schädigung durch den ERK1/2-MAPK-Signalweg hochreguliert wird und durch die Translokation in den Zellkern möglicherweise die Transkription von protektiven Genen beeinflusst oder an DNA-Reparatur-Prozessen beteiligt ist. In seneszenten Zellen ist das Protein zwar deutlich stärker exprimiert, der Transport in den Zellkern jedoch verringert, wodurch die protektive Wirkung im Zellkern herabgesetzt wäre.

α-Synuclein is linked to the age-associated Parkinson’s disease because of mutations in the α-Synuclein gene (SNCA) and protein aggregates named Lewy bodies. Both the familial and the sporadic form of the disease are characterized by an increase in α-Synuclein protein. In familial Parkinson’s disease the increased expression is caused by SNCA multiplications whereas in sporadic cases aging represents the major risk factor. Therefore it was interesting to investigate the expression of α-Synuclein during the process of cellular aging. In senescent cells an increase in α-Synuclein expression was detected which had no influence on the solubility of the protein. This implicated that aging per se is not responsible for the aggregation of the protein as it is the case in for example Parkinson’s disease in form of Lewy bodies. Possibly, the increase of α-Synuclein is a consequence of the accumulation of DNA damage during cellular senescence. This correlation was approved in young IMR-90 cells after treatment with DNA damaging agents. Analysis of the regulation mechanism in young cells identified the ERK1/2-MAPK-signalling pathway as mediator for the increase of α-Synuclein expression due to DNA damage. The elevated α-Synuclein level in senescent cells was influenced by the ERK1/2-MAPK pathway as well even though other pathways may also be involved in the up-regulation of the protein. The examination of the γH2A.X level due to the induction of DNA damage suggested a protective role for α-Synuclein as overexpression or knockdown of α-Synuclein led to a decreased or increased extent of DNA damage, respectively. The investigation of the subcellular distribution showed the translocation of α-Synuclein into the nucleus after the induction of DNA damage in young cells. In contrast, this translocation was reduced in senescent cells. These data implicate that in young cells the α-Synuclein expression is elevated in consequence of DNA damage through the ERK1/2-MAPK-signalling pathway and that the translocation into the nucleus influences the transcription of protective genes or processes in DNA repair. In senescent cells the translocation into the nucleus is decreased what may result in loss of protective function of the protein.