Bone morphogenetic protein 15 and fibroblast growth factor 10 enhance cumulus expansion, glucose uptake, and expression of genes in the ovulatory cascade during in vitro maturation of bovine cumulus-oocyte complexes

Oocyte-secreted factors (OSFs) regulate differentiation of cumulus cells and are of pivotal relevance for fertility. Bone morphogenetic protein 15 (BMP15) and fibroblast growth factor 10 (FGF10) are OSFs and enhance oocyte competence by unknown mechanisms. We tested the hypothesis that BMP15 and FGF10, alone or combined in the maturation medium, enhance cumulus expansion and expression of genes in the preovulatory cascade and regulate glucose metabolism favouring hyaluronic acid production in bovine cumulus-oocyte complexes (COCs). BMP15 or FGF10 increased the percentage of fully expanded COCs, but the combination did not further stimulate it. BMP15 increased cumulus cell levels of mRNA encoding a disintegrin and metalloprotease 10 (ADAM10), ADAM17, amphiregulin (AREG), and epiregulin (EREG) at 12 h of culture and of prostaglandin (PG)-endoperoxide synthase 2 (PTGS2), pentraxin 3 (PTX3) and tumor necrosis factor alpha-induced protein 6 (TNFAIP6 (TSG6)) at 22 h of culture. FGF10 did not alter the expression of epidermal growth factor-like factors but enhanced the mRNA expression of PTGS2 at 4 h, PTX3 at 12 h, and TNFAIP6 at 22 h. FGF10 and BMP15 stimulated glucose consumption by cumulus cells but did not affect lactate production or levels of mRNA encoding glycolytic enzymes phosphofructokinase and lactate dehydrogenase A. Each growth factor increased mRNA encoding glucosamine:fructose-6-PO4 transaminases, key enzymes in the hexosamine pathway leading to hyaluronic acid production, and BMP15 also stimulated hyaluronan synthase 2 (HAS2) mRNA expression. This study provides evidence that BMP15 and FGF10 stimulate expansion of in vitro-matured bovine COCs by driving glucose metabolism toward hyaluronic acid production and controlling the expression of genes in the ovulatory cascade, the first acting upon ADAM10, ADAM17, AREG, and EREG and the second on downstream genes, particularly PTGS2. © 2013 Society for Reproduction and Fertility.

An asparaginyl endopeptidase mediates in vivo protein backbone cyclization

Proteases can catalyze both peptide bond cleavage and formation, yet the hydrolysis reaction dominates in nature. This presents an interesting challenge for the biosynthesis of backbone cyclized (circular) proteins, which are encoded as part of precursor proteins and require post-translational peptide bond formation to reach their mature form. The largest family of circular proteins are the plant-produced cyclotides; extremely stable proteins with applications as bioengineering scaffolds. Little is known about the mechanism by which they are cyclized in vivo but a highly conserved Asn (occasionally Asp) residue at the C terminus of the cyclotide domain suggests that an enzyme with specificity for Asn (asparaginyl endopeptidase; AEP) is involved in the process. Nicotiana benthamiana does not endogenously produce circular proteins but when cDNA encoding the precursor of the cyclotide kalata B1 was transiently expressed in the plants they produced the cyclotide, together with linear forms not commonly observed in cyclotide-containing plants. Observation of these species over time showed that in vivo asparaginyl bond hydrolysis is necessary for cyclization. When AEP activity was suppressed, either by decreasing AEP gene expression or using a specific inhibitor, the amount of cyclic cyclotide in the plants was reduced compared with controls and was accompanied by the accumulation of extended linear species. These results suggest that an AEP is responsible for catalyzing both peptide bond cleavage and ligation of cyclotides in a single processing event.

Dysregulated ADAM10-Mediated Processing of APP during a Critical Time Window Leads to Synaptic Deficits in Fragile X Syndrome.

The Fragile X mental retardation protein (FMRP) regulates neuronal RNA metabolism, and its absence or mutations leads to the Fragile X syndrome (FXS). The β-amyloid precursor protein (APP) is involved in Alzheimer's disease, plays a role in synapse formation, and is upregulated in intellectual disabilities. Here, we show that during mouse synaptogenesis and in human FXS fibroblasts, a dual dysregulation of APP and the α-secretase ADAM10 leads to the production of an excess of soluble APPα (sAPPα). In FXS, sAPPα signals through the metabotropic receptor that, activating the MAP kinase pathway, leads to synaptic and behavioral deficits. Modulation of ADAM10 activity in FXS reduces sAPPα levels, restoring translational control, synaptic morphology, and behavioral plasticity. Thus, proper control of ADAM10-mediated APP processing during a specific developmental postnatal stage is crucial for healthy spine formation and function(s). Downregulation of ADAM10 activity at synapses may be an effective strategy for ameliorating FXS phenotypes.

Chronic hypoxia in the human neuroblastoma SH-SY5Y causes reduced expression of the putative alpha-secretases, ADAM10 and TACE, without altering their mRNA levels

Alzheimer's disease is more frequent following an ischemic or hypoxic episode, with levels of beta-amyloid peptides elevated in brains from patients. Similar increases are found after experimental ischemia in animals. It is possible that increased beta-amyloid deposition arises from alterations in amyloid precursor protein (APP) metabolism, indeed, we have shown that exposing cells of neuronal origin to chronic hypoxia decreased the secretion of soluble APP (sAPPalpha) derived by action of alpha-secretase on APP, coinciding with a decrease in protein levels of ADAM10, a disintegrin metalloprotease which is thought to be the major alpha-secretase. In the current study, we extended those observations to determine whether the expression of ADAM10 and another putative alpha-secretase, TACE, as well as the beta-secretase, BACE1 were regulated by chronic hypoxia at the level of protein and mRNA. Using Western blotting and RT-PCR, we demonstrate that after 48 h chronic hypoxia, such that sAPPalpha secretion is decreased by over 50%, protein levels of ADAM10 and TACE and by approximately 60% and 40% respectively with no significant decrease in BACE1 levels. In contrast, no change in the expression of the mRNA for these proteins could be detected. Thus, we conclude that under CH the level of the putative alpha-secretases, ADAM10 and TACE are regulated by post-translational mechanisms, most probably proteolysis, rather than at the level of transcription.

BYC, an atypical aspartic endopeptidase from Rhipicephalus (Boophilus) microplus eggs

An aspartic endopeptidase was purified in our laboratory from Rhipicephalus (Boophilus) microplus eggs [Logullo, C., Vaz, I.S., Sorgine, M.H., Paiva-Silva, G.O., Faria, F.S., Zingali, R.B., De Lima, M.F., Abreu, L., Oliveira, E.F., Alves, E.W, Masuda, H., Gonzales, J.C., Masuda, A., and Oliveira, P.L., 1998. Isolation of an aspartic proteinase precursor from the egg of a hard tick, Rhipicephalus (Boophilus) microplus. Parasitology 116, 525-532]. Boophilus yolk cathepsin (BYC) was tested as component of a protective vaccine against the tick, inducing a significant immune response in cattle [da Silva, VI., Jr., Logullo, C., Sorgine, M., Velloso, F.F., Rosa de Lima, M.F., Gonzales, J.C., Masuda, H., Oliveira, P.L., and Masuda, A., 1998. Immunization of bovines with an aspartic proteinase precursor isolated from Rhipicephalus (Boophilus) microplus eggs. Vet. Immunol. Immunopathol. 66,331-341]. In this work, BYC was cloned and its primary sequence showed high similarity with other aspartic endopeptidases. In spite of this similarity, BYC sequence shows many important differences in relation to other aspartic peptidases, the most important being the lack of the second catalytic Asp residue, considered to be essential for the catalysis of this class of endopeptidases. When we determined BYC cleavage specificity by LC-MS, we found out that it presents a preference for hydrophobic residues in P1 and P1` in accordance to most aspartic endopeptidases. Also, when analyzed by circular dicroism, BYC presented high beta sheet content, also a characteristic of aspartic endopeptidases. On the other hand, although both native and recombinant BYC are catalytically active, they present a very low specific activity, what seems to indicate that this peptidase will digest its natural substrate, vitellin, very slowly. We speculate that such a slow Vn degradative process might constitute an important strategy to preserve egg protein content to the hatching larvae. (c) 2007 Elsevier Inc. All rights reserved.

Sequencing wasp venom peptides by endopeptidase digestion and nested collision-induced dissociation/post-source decay methods

A method incorporating nested collision-induced dissociation/post-source decay (CID/PSD) combined with endopeptidase digestion is described as an approach to determine the sequence of N-terminally modified peptides. The information from immonium and related ions observed in the CID/PSD spectrum was used for the selection of a suitable endopeptidase for the digestion of peptides. Rapid and reliable assignment of peptide sequence was performed by the comparison of CID/PSD spectra of both intact and endopeptidese-digested peptide fragments, since the assignments of the observed fragment ions to either N- or C-terminal ions can thus be carried out unambiguously. This nested CID/PSD method was applied to the sequence determination of two peptides from the solitary wasps Anoplius samariensis and Batozonellus maculifrons (pompilid wasps), which could not be sequenced by the Edman method due to N-terminal modification. Copyright (C) 2002 John Wiley Sons, Ltd.

Circadian-rhythm of the endopeptidase 22.19 (ec 3.4.22.19) in the rat-brain

The endopeptidase 22.19 (EC 3.4.22.19) has been associated with the metabolism of neuropeptides by its ability to convert small enkephalin-containing peptides (8 to 13 amino acids) into enkephalins. In addition, this enzyme cleaves the Arg8-Arg9 bond of neurotensin and the Phe5-Ser6 bond of bradykinin. We analyzed the circadian variation of endopeptidase 22.19 in the whole and individual areas of the rat brain. Endopeptidase 22.19 activity was analyzed by high-performance liquid chromatography (HPLC) using bradykinin as an operative substrate. Enzymatic specific activities were analyzed by rhythmometric methods and indicate a circadian fluctuation of endopeptidase 22.19 specific activity (mU of enzyme/mg of protein) in the whole brain [p < 0.001, mesor (M) = 7.62, amplitude (A) = 2.89, and acrophase (phi) = 23:08 h], striatum (p < 0.001, M = 2.92, A = 0.62, phi-23:03 h), hypothalamus (p < 0.001, M = 3.15, A = 0.86, phi-01:12 h), periaqueductal gray matter (p < 0.005, M = 2.62, A = 0.34, phi = 22:35 h), and cerebellum (p < 0.0 14, M = 4.27, A = 0.88, phi = 17:12 h). The circadian rhythmicity in endopeptidase 22.19 specific activity suggests that light may have an effect on the peptidase activity in whole brain and in areas of the central nervous system and may be essential for the mechanisms of circadian fluctuations of neuropeptides in the brain.

CD10 (Neutral Endopeptidase) expression in myoepithelial cells of salivary neoplasms

CD10 is a cell surface peptidase expressed in a wide variety of normal and neoplastic tissues, including breast myoepithelial cells. In salivary glands, expression of CD10 has only been used to identify neoplastic myoepithelial cells of pleomorphic adenomas and myoepithelial carcinomas. However, its accuracy in other salivary tumors with myoepithelial component has yet to be analyzed. We examined 72 salivary tumors with myoepithelial differentiation using immunohistochemical technique to detect CD10. In salivary glands, CD10 expression was not detected in myoepithelial cells. Only fibrocytes within the intralobular stroma were CD10 positive. In neoplastic myoepithelial cells, CD10 expression was found in 25.71% of benign and 32.43% of malignant neoplasms. When the different groups of tumors were compared, epithelial-myoepithelial carcinomas (EMEC) showed a stark contrast with the others (83.3% of cases with CD10 expression). Surprisingly, adenoid cystic carcinomas and basal cell adenomas were negative in 100% of the cases. Myoepitheliomas, pleomorphic adenomas, and myoepithelial carcinomas were positive in 27.7%, 30.0%, and 40% of the cases, respectively. In conclusion, salivary neoplastic myoepithelial cells gain CD10 expression in relation to their normal counterparts. However, the gain of this protein is not a sensitive marker for detecting myoepithelial cells in the majority of the tumors, except for EMEC. The high expression of CD10 by this carcinoma can be a valuable tool to separate EMEC from the tubular variant of adenoid cystic carcinomas in small incisional biopsies, where the precise diagnosis may be impossible.

Aktivitätserhöhung der Alpha-Sekretasen ADAM10 und TACE bei der Proteolyse des Amyloid-Vorläuferproteins

ZUSAMMENFASSUNGIn den Gehirnen von Alzheimer-Patienten werden beta-Amyloid-Plaques gefunden, deren Hauptbestandteile die neurotoxischen beta-Amyloid-Peptide (A-beta) sind. Im Verlauf des nicht-amyloidogenen Wegs wird das Amyloid-Vorläuferproteins (APP) innerhalb der A-beta-Sequenz durch die alpha-Sekretase prozessiert, wobei das neuroprotektive APPs-alpha freigesetzt und die Entstehung der A-beta-Peptide verhindert wird. Die Aktivitätserhöhung der alpha-Sekretase ADAM10 könnte eine übermäßige Produktion der A-beta-Peptide abwenden.Zum Auffinden ADAM10-stimulierender Substanzen konnte ein Testsystem entwickelt werden, das auf der Fusion der 119 C-terminalen Aminosäurereste des Amyloid-Vorläuferproteins mit einem Reporterprotein beruht. Durch seine alkalische Phosphataseaktivität kann dieses Reporterprotein stellvertretend für das freigesetzte endogene APPs-alpha photometrisch im Zellkulturüberstand quantifiziert werden. Substanzen, die aktivierend auf die alpha-Sekretase ADAM10 wirken, können somit schnell und mit einer hohen Empfindlichkeit ermittelt werden.Die alpha-Sekretasen ADAM10 und TACE werden als inaktive Zymogene synthetisiert und besitzen eine Proprotein-Konvertasen-Erkennungssequenz zwischen der Prodomäne und der Metalloproteinase-Domäne. In dieser Arbeit konnte nachgewiesen werden, dass Proprotein-Konvertasen an der Prozessierung beider Zymogene beteiligt sind. ADAM10 und TACE wurden durch die Überexpression der Proprotein-Konvertasen PC7 und Furin in HEK293-Zellen in größerem Umfang prozessiert. Dies resultierte in einer erhöhten katalytischen Aktivität. Mutiertes ADAM10 ohne Proprotein-Konvertasen-Spaltstelle konnte nicht mehr in die katalytisch aktive Form überführt werden. Diese Ergebnisse eröffnen neue Ansätze zur Stimulierung des nicht-amyloidogenen Wegs.

Genomische Struktur und Promotorcharakterisierung des humanen ADAM10-Gens

Das ADAM10-Gen kodiert für eine membrangebundene Disintegrin-Metalloproteinase, die das Amyloidvorläuferprotein spaltet. Im Mausmodell konnte bewiesen werden, dass die Überexpression von ADAM10 die Plaquebildung vermindern und das Langzeitgedächtnis verbessert. Aus diesem Grund ist es für einen möglichen Therapieansatz für die Alzheimer’sche Erkrankung erforderlich, die Organisation des humanen ADAM10-Gens und seines Promotors aufzuklären. Beim Vergleich der genomischen Sequenzen von humanem und murinem ADAM10 zeigte sich eine hohe Übereinstimmung. Beide Gene umfassen 160 kbp und bestehen aus 16 Exons. Die ersten 500 bp stromaufwärts vom Translationsstartpunkt zwischen dem Menschen, der Maus und der Ratte sind hoch konserviert. Diese Region beinhaltet spezifische regulatorische Elemente, die die ADAM10-Transkription modulieren. In den ersten 2179 bp stromaufwärts vom humanen ADAM10-Translationsstartpunkt fanden sich einige potentiellen Transkriptionsfaktor-bindungsstellen (Brn-2, SREBP, Oct-1, Creb1/cJun, USF, Maz, MZF-1, NFkB und CDPCR3HD). Es wurde eine charakteristische GC-Box und eine CAAT-Box, aber keine TATA-Box identifiziert. Nach Klonierung dieser 2179 bp großen Region wurde eine starke Promotoraktivität, insbesondere in neuronalen Zelllinien, gefunden. Bei der Analyse von Deletionskonstrukten wurde die Region zwischen -508 und -300 als essentiell für die Transkriptionsaktivierung bestimmt. Die Promotoraktivität wird zudem streng herunterreguliert, wenn in die Region 317 bp stromaufwärts vom Startpunkt der Translation eine Punktmutation eingeführt wird. Diese per Computeranalyse als USF-Bindungsstelle deklarierte Region spielt eine zentrale Rolle bei der ADAM10-Transkription. Im EMSA wurde eine Protein-DNA-Interaktion für diese Region gezeigt. Durch transienten Transfektionen in Schneider Drosophila Insektenzellen konnte nachgewiesen werden, dass die Überexpression von Sp1 und USp3 für die ADAM10-Promotoraktivität entscheidend ist. In EMSA-Studien bestätigte sich eine Protein-DNA-Interaktion für die Region -366 bp stromaufwärts vom Translationsstartpunkt. Die Punktmutation in der CAAT-Box veränderte die die Promotoraktivität nicht. Da weiterhin für diese potentielle Bindungsstelle kein Bindungsfaktor vorausgesagt wurde, scheint die CAAT-Box keine Bedeutung bei der Promotorregulation zu spielen. Schließlich fand sich im EMSA eine Protein-DNA-Interaktion für die Bindungsstelle 203 bp stromaufwärts vom Translationsstartpunkt. Diese in Computeranalysen als RXR-Bindungsstelle identifizierte Region ist ebenfalls von Bedeutung in der Promotorregulation. Auf der Suche nach Substanzen, die die ADAM10-Promotoraktivität beeinflussen, wurde ein negativer Effekt durch die apoptoseauslösende Substanz Camptothecin und ein positiver Effekt durch die zelldifferenzierungsauslösende Substanz all-trans Retinsäure festgestellt. Mit dieser Arbeit wurde die genomische Organisation des ADAM10-Gens zusammen mit dem zugehörigen Promotor aufgeklärt und ein neuer Regulationsmechanismus für die Hochregulation der Expression der alpha-Sekretase ADAM10 gefunden. Im Weiteren sollen nun die genauen Mechanismen bei der Hochregulation der alpha-Sekretase ADAM10 durch Retinsäure untersucht und durch Mikroarray-Analysen an RNA-Proben transgener Mäuse, welche ADAM10 überexpremieren, neue therapeutische Ansätze zur Behandlung der Alzheimer´schen Erkrankung identifiziert werden.

Überexpression und Charakterisierung des extrazellulären Teils der humanen alpha-Sekretase ADAM10

„ÜBEREXPRESSION UND CHARAKTERISIERUNG DES EXTRAZELLULÄREN TEILS DER HUMANEN alpha-SEKRETASE ADAM10“ ALEXANDRA LEPTICH Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei enzymatisch aktive lösliche Proteinvarianten der humanen alpha-Sekretase ADAM10 in Insektenzellen exprimiert, gereinigt und charakterisiert. Dabei entsprach eine der löslichen ADAM10-Varianten dem extrazellulären Bereich des Typ-I-Membranproteins, d.h. ihr fehlte die Transmembran- und cytoplasmatische Domäne. Die zweite Variante stimmt mit einer im menschlichen Gehirn auf mRNA-Ebene nachgewiesenen Splicevariante überein, die zusätzlich noch durch das Fehlen der Cystein-reichen Domäne gekennzeichnet ist. Die alpha-Sekretase ADAM10 spielt eine wichtige Rolle bei der nicht-amyloidogenen Prozessierung des Amyloid-Vorläufer-Proteins (APP). Dabei erfolgt dessen Spaltung innerhalb der beta-Amyloidsequenz, so dass die Produktion von Abeta-Peptiden und damit die Bildung von Amyloid-Plaques während der Alzheimer’schen Erkrankung verhindert wird. Nach der Expression der beiden löslichen ADAM10-Proteine in Insektenzellen erfolgte die Reinigung der prozessierten und damit reifen Enzymform der jeweiligen ADAM10-Proteinvariante mittels Lektin-Affinitätschromatographie. Die anschließende Charakterisierung der beiden löslichen ADAM10-Proteine erfolgte durch einen auf HPLC-Analyse basierenden Enzymtest. Dabei wurden verschiedene sich von der beta-Amyloid-Sequenz ableitenden Peptidsubstrate in vitro eingesetzt, die zum einen den Aminosäuren 11-28 der Abeta-Sequenz, zum anderen dem kompletten Abeta40-Peptid entsprachen und damit die charakteristische alpha-Sekretasespaltstelle des Amyloid-Vorläufer-Proteins enthielten. Des Weiteren kamen jeweils entsprechende Peptidsubstrate zum Einsatz, die an den Positionen 21 und 22 der Abeta- Peptidsequenz vorkommenden Mutationen trugen. Die gewählten Abeta-Substrate konnten durch die löslichen Varianten der alpha-Sekretase ADAM10 an der alpha-Sekretasestelle gespalten werden. Dabei konnte bei den Abeta11-28-Peptiden deutlich die in der Literatur beschriebene Abhängigkeit der Spaltung von der a-helicalen Struktur des Substrats beobachtet werden, während bei den längeren Abeta40-Peptide diesbezüglich kein Zusammenhang hergestellt werden konnte. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass ADAM10 hauptsächlich als alpha-Sekretase wirkt, weniger als ein Abeta-degradierendes Enzym. Ferner konnte unter Verwendung entsprechender muriner und humaner Abeta-Peptide eine verstärkte Spaltung der murinen Substrate Abeta1-28 und Abeta1-40 durch den extrazellulären Teil von ADAM10 in vitro gezeigt werden. Dieser Versuch bestätigt die Annahme, dass es bei Nagetieren durch die Bevorzugung der nichtamyloidogenen Prozessierung von APP durch die alpha-Sekretase ADAM10 zu keiner Bildung von Amyloid-Plaques kommt. Ein Einfluss auf die Spaltung von membrangebundenem APP und damit der Bildung von neuroprotektivem sAPPalpha durch die löslichen ADAM10-Proteine konnte im Zellsystem nicht beobachtet werden. Vielmehr scheint hier die Membranverankerung von Enzym und Substrat eine wichtige Voraussetzung zu bilden. Des Weiteren konnten die löslichen ADAM10-Proteine durch ein für die Inhibierung von ADAM10 spezifische Hydroxamat-Derivat in ihrer enzymatischen Aktivität gehemmt werden. Die exprimierten ADAM10-Proteine weisen die charakteristischen Eigenschaften der alpha-Sekretase ADAM10 auf, wobei deutlich wurde, dass das Fehlen der Cystein-reichen Domäne keinen Einfluss auf die Fähigkeit der katalytischen Domäne zur Substrat- und Inhibitorbindung hatte. Auch die Stabilität des Enzyms wurde durch das Fehlen der Domäne nicht negativ beeinträchtigt. Eine wichtige Aufgabe stellt nun der Nachweis der löslichen ADAM10-Proteine sowie die Identifizierung ihrer potentiellen Substrate und deren Lokalisation in vivo dar.

Aktivierung der alpha-Sekretase ADAM10 als neuer therapeutischer Ansatz zur Behandlung der Alzheimer-Erkrankung

Die Stimulation der APP-prozessierenden α-Sekretase ADAM10 eröffnet eine vielversprechende Möglichkeit zur medizinischen Behandlung der Alzheimer-Krankheit. In dieser Arbeit wurden drei unterschiedliche Strategien zur therapeutischen Aktivierung von ADAM10 verfolgt: Die Aktivierung des G-Protein-gekoppelten Rezeptors PAC1 durch PACAP, die Gentherapie mit ADAM10-cDNA und die ADAM10-Promotorstimulation durch Retinoid-Rezeptor-Aktivierung. PACAP-38 stimuliert die α-Sekretase-vermittelte APPsα-Sekretion in humanen Neuroblastomzellen. Durch Aktivierung des PAC-1-Rezeptors via intranasal verabreichtem PACAP-38, konnte eine erhöhte α-sekretorische APP-Prozessierung bzw. verminderte Ablagerung von amyloiden Plaques in Mäusen gezeigt werden. Weiterhin sollte durch Immunoliposomen-basierte Transfektion die humane ADAM10-cDNA in den Neuronen der Maus überexprimiert werden. Hiefür wurde die DNA in Liposomen eingeschlossen, welche an ihrer Oberfläche mit anti-Transferrin-Antikörpern zur Überwindung der Blut-Hirn-Schranke gekoppelt waren. Für die Herstellung des DNA-Transportsystems wurden die Einzelschritte wie DNA-Einschluss mit einem Reportergen-Vektor, Konjugation mit verschiedenen Antikörpern und Größe der Liposomen erprobt und optimiert. Es konnte allerdings weder in vitro noch in vivo eine Immunoliposomen-vermittelte Transfektion nachgewiesen werden. In dieser Arbeit wurde zudem die Retinoid-basierte Expressionssteigerung von ADAM10 untersucht. Dafür wurden die beiden potentiellen Retinoid-Rezeptor-Bindestellen auf dem ADAM10-Promotor durch Verwendung selektiver nukleärer Rezeptor-Agonisten charakterisiert. Hierbei konnte erstmals gezeigt werden, dass der ADAM10-Promotor durch ein Dimer der nukleären Rezeptoren RAR und RXR aktiviert wird, wodurch eine erhöhte α-sekretorischen APP-Prozessierung in Neuroblastoma-Zellen resultiert. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die RAR/RXR-Heterodimeraktivierung sowohl auf dem humanen wie auf dem murinen ADAM10-Promotor identisch ist, so dass am Mausmodell entwickelte Retinoid-basierte Therapien auf den Menschen übertragbar sind. Für das Modell einer solchen Therapie wurde Acitretin verwendet, welches für die medizinische Behandlung humaner Hautkrankheiten seit Jahrzehnten eingesetzt wird. In dieser Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass Acitretin in humanen und murinen Neuroblastoma-Zellen die Menge an ADAM10 erhöht, wodurch die α-sekretorische APP-Prozessierung gesteigert wird. Zudem wurden Mäuse mit Acitretin oral, subcutan und intranasal behandelt, wobei jedoch weder eine Veränderung in der APP-Prozessierung noch der Blut-Hirn-Transport von Acitretin eindeutig belegt werden konnten. Dennoch erschließt die α-Sekretase-erhöhende Eigenschaft von Acitretin einen neuen Therapieansatz, zur Behandlung von Demenzformen vom Typ des Morbus Alzheimer.

Molecular interaction of the human metalloprotease meprin beta with the amyloid precursor protein, ADAM10, and ADAM17 based on proteomics

Die Zinkendopeptidasen Meprin α und β sind Schlüsselkomponenten in patho(physiologischen) Prozessen wie Entzündung, Kollagenassemblierung und Angiogenese. Nach ihrer Entdeckung in murinen Bürstensaummembranen und humanen Darmepithelien, wurden weitere Expressionsorte identifiziert, z.B. Leukozyten, Krebszellen und die humane Haut. Tiermodelle, Zellkulturen und biochemische Analysen weisen auf Funktionen der Meprine in der Epithelialdifferenzierung, Zellmigration, Matrixmodellierung, Angiogenese, Bindegewebsausbildung und immunologische Prozesse hin. Dennoch sind ihre physiologischen Substrate weitgehend noch unbekannt. Massenspektrometrisch basierte Proteomics-Analysen enthüllten eine einzigartige Spaltspezifität für saure Aminosäurereste in der P1´ Position und identifizierten neue biologische Substratkandidaten. Unter den 269 extrazellulären Proteinen, die in einem Substratscreen identifiziert wurden, stellten sich das amyloid precursor protein (APP) and ADAM10 (a disintegrin and metalloprotease 10) als sehr vielversprechende Kandidaten heraus. Mehrere Schnittstellen innerhalb des APP Proteins, hervorgerufen durch verschiedenen Proteasen, haben unterschiedlichen Auswirkungen zur Folge. Die β-Sekretase BACE (β-site APP cleaving enzyme) prozessiert APP an einer Schnittstelle, welche als initialer Schritt in der Entwicklung der Alzheimer Erkrankung gilt. Toxische Aβ (Amyloid β)-Peptide werden in den extrazellulären Raum freigesetzt und aggregieren dort zu senilen Plaques. Membran verankertes Meprin β hat eine β-Sekretase Aktivität, die in einem Zellkultur-basierten System bestätigt werden konnte. Die proteolytische Effizienz von Meprin β wurde in FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer)-Analysen bestimmt und war um den Faktor 104 höher als die von BACE1. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass Meprin β die ersten zwei Aminosäuren prozessiert und somit aminoterminal einen Glutamatrest freisetzt, welcher nachfolgend durch die Glutaminylzyklase in ein Pyroglutamat zykliert werden kann. Trunkierte Aβ-Peptide werden nur in Alzheimer Patienten generiert. Aufgrund einer erhöhten Hydrophobie weisen diese Peptide eine höhere Tendenz zur Aggregation auf und somit eine erhöhte Toxizität. Bis heute wurde keine Protease identifiziert, welche diese Schnittstelle prozessiert. Die Bildung der Meprin vermittelten N-terminalen APP Fragmenten wurde in vitro und in vivo detektiert. Diese N-APP Peptide hatten keine cytotoxischen Auswirkungen auf murine und humane Gehirnzellen, obwohl zuvor N-APP als Ligand für den death receptor (DR) 6 identifiziert wurde, der für axonale Degenerationsprozesse verantwortlich ist. rnIm nicht-amyloidogenen Weg prozessiert ADAM10 APP und entlässt die Ektodomäne von der Zellmembran. Wir konnten das ADAM10 Propeptid als Substrat von Meprin β identifizieren und in FRET Analysen, in vitro und in vivo zeigen, dass die Meprin vermittelte Prozessierung zu einer erhöhten ADAM10 Aktivität führt. Darüber hinaus wurde ADAM10 als Sheddase für Meprin β identifiziert. Shedding konnte durch Phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) oder durch das Ionophor A23187 hervorgerufen werden, sowie durch ADAM10 Inhibitoren blockiert werden. rnDiese Arbeit konnte somit ein komplexes proteolytisches Netwerk innerhalb der Neurophysiologie aufdecken, welches für die Entwicklung der Alzheimer Demenz wichtig sein kann.rn