Beteiligung von OS-9 an der ER-assoziierten Degradation (ERAD) bei familiärer Enzephalopathie mit Neuroserpin-Einschlüssen (FENIB)

Abstract

FENIB ist eine autosomal dominant vererbte Demenzerkrankung, bei der Mutationen im Gen für Neuroserpin, einem neuronalen Serinprotease-Inhibitor, zur Aggregation von Neuroserpin innerhalb des Endoplasmatischen Retikulums (ER) und in der Folge zu Neurodegeneration und vorzeitiger Demenz führen. Bei den Betroffenen findet sich ein deutlicher Zusammenhang zwischen der destabilisierenden Wirkung der Mutation auf die Struktur des Serpins und der Menge des aggregierten Proteins, sowie Beginn und Schwere der Symptomatik. Diese Genotyp-Phänotyp-Korrelation macht FENIB zu einer idealen Modellerkrankung zur Untersuchung von neurodegenerativen Erkrankungen, bei denen es durch intrazelluläre Aggregation von Proteinen zu einer Störung der Proteostase kommt, die letztlich zu einem Zelluntergang führt. Ein Abbauweg für fehlgefaltete Glykoproteine innerhalb des ERs ist die ER-assoziierte Degradation (ERAD), die einer intrazellulären Aggregation von Proteinen entgegenwirkt. Dabei wird das Substrat durch Lektine am Status der gebundenen Oligosaccharide erkannt, anschließend erfolgt die Translokation in das Zytosol und der proteasomale Abbau. In dieser Arbeit wurde die Beteiligung des ER-Lektins OS-9 am Abbau von mutiertem Neuroserpin via ERAD anhand eines HEK-293-Zellmodells der schnell akkumulierenden FENIB-Mutation G392E untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass mutiertes Neuroserpin Glykosylierungen vom mannosereichen Typ besitzt und Aggregate innerhalb des ERs bildet. Nach Deletion der Glykosylierungsstellen zeigte mutiertes Neuroserpin eine stärkere Tendenz zur intrazellulären Aggregatbildung. Weiter wurde eine Kolokalisation und selektive Bindung von OS-9 an mutiertes Neuroserpin gefunden. Funktionell konnte der Spiegel an intrazellulärem, mutiertem Neuroserpin durch eine Überexpression von OS-9 gesenkt werden. Diese Untersuchungen an einem HEK-293-Zellmodell weisen auf eine Beteiligung des ER-Lektins OS-9 am Umsatz von mutiertem Neuroserpin hin.

Familial encephalopathy with neuroserpin inclusion bodies (FENIB) is an autosomal dominantly inherited dementia caused by mutations in the gene coding for neuroserpin, a neuronal serine protease inhibitor, leading to the formation of aggregates within the endoplasmic reticulum (ER) and subsequent to neurodegeneration and dementia. There is a striking relationship between the destabilizing effect of the different mutations and the number of inclusions as well as the onset and the severity of symptoms. This genotype-phenotype correlation renders FENIB an ideal model to investigate neurodegenerative disorders with intracellular protein aggregation and breakdown of proteostasis leading to cell death. ER-associated degradation (ERAD) is a cellular transport mechanism that counteracts aggregation of proteins within the ER by recognizing the oligosaccharide residues of glycoprotein substrate via specific lectines. Subsequently the misfolded substrate is translocated to the cytosolic compartment and guided to the proteasome for degradation. In my thesis I investigated the involvement of the ER-lectin OS-9 in the degradation of mutant neuroserpin via ERAD. Therefore, a HEK-293 cell model of the fast polymerizing G392E FENIB-mutant was used. In this model system, aggregates of mutant Neuroserpin are formed within the ER, carrying high-mannose type N-glycans. After deleting different N-glycosylation sites, mutated neuroserpin showed an increase in intracellular aggregates. Finally, microscopy studies and co-immunprecipitation showed colocalisation and selective binding of the ER-lectin OS-9 to mutant neuroserpin. Overexpression of OS-9 was followed by a significant decrease in intracellular mutant neuroserpin levels. This study indicates OS-9 to be involved in mutant neuroserpin degradation in a HEK-293 cell model.