Veränderungen im Proteom von Maus und Mensch durch Huntington’s Chorea

D i s s e r t a t i o n

zur Erlangung des akademischen Grades
doctor rerum naturalium
(Dr. rer. nat.)
im Fach Biologie
eingereicht an der

Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät I
der Humboldt-Universität zu Berlin

Von
Dipl. Ing. Claus Zabel
geboren am 18. März 1970 in Marktoberdorf

Präsident der Humboldt-Universität zu Berlin
Prof. Dr. rer. nat. Jürgen Mlynek

Dekan:
Dekan der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät I
Prof. Dr. rer. nat. Michael Linscheid

Gutachter:
1. Prof. Dr. rer. nat. Harald Saumweber
2. Prof. Dr. rer. nat. Dr. med. Joachim Klose
3. Prof. Dr. rer. nat. Hanspeter Herzel

Tag der mündlichen Prüfung: 17. Januar 2003


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Zusammenfassung

Die Erkrankung Huntington’s Chorea ist eine autosomal dominant vererbte Erkrankung, die gewöhnlich im mittleren Lebensabschnitt beginnt und unausweichlich zum Tode führt. In unserem Bestreben, Proteine zu identifizieren, welche an Prozessen „Upstream“ oder „Downstream“ des krankheitsverursachenden Proteins Huntingtin beteiligt sind, wurde das Proteom eines sehr gut etablierten Mausmodells mit Hilfe der Großgel 2D-Elektrophorese untersucht. Es konnte zum ersten Mal auf Proteinebene nachweisen werden, dass die Expression von zwei Serinproteasehemmern, α1-Antitrypsin und Contraspin und darüber hinaus eines Chaperons, αB-Kristallin, im Verlauf der Erkrankung abnimmt. Reduzierte Expression von α1-Antitrypsin und Contraspin konnte in Gehirn, Leber, Herz und Testes nahe dem Endstadium der Erkrankung nachgewiesen werden. Hier ist es wichtig festzustellen, dass die Expressionsabnahme von α1-Antitrypsin im Gehirn der Abnahme in der Leber im Herzen und in den Testes vorangeht. Eine verminderte Expression des Chaperons αB-Kristallin wurde nur im Gehirn gefunden. Für ein weiteres Protein, das Major Urinary Protein, wurde eine verminderte Expression in der Leber und im Urin von betroffenen Mäusen festgestellt. Damit konnte demonstriert werden, dass die Erkrankung auf Proteinebene auch ein Protein, das im Gehirn von transgenen Mäusen nicht vorkommt, beeinflusst. Bei Untersuchungen am Menschen wurde in drei Gehirnregionen von Postmortem-Gehirnen von Huntington’s Chorea Patienten eine veränderte Expression von α1-Antitrypsin festgestellt. Wenn gewährleistet werden kann, dass die Konzentration von α1-Antitrypsin und αB-Kristallin während Huntington’s Chorea im Gewebe nicht absinkt, könnte dies vielleicht neuronalen Zelltod verhindern und somit bei der Verzögerung des Krankheitsverlaufs nutzbringend eingesetzt werden.

Eigene Schlagworte: α1-Antitrypsin, Contraspin, αB-Kristallin, Huntington’s Chorea, R6/2, Chaperon, Serin-Protease-Hemmer, MUPs, Großgel 2D-Elektrophorese


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Abstract

Huntington disease is an autosomal dominantly inherited disease that usually starts in midlife and inevitably leads to death. In an effort to identify proteins involved in processes upstream or downstream of the disease causing huntingtin, the proteome of a well-established mouse model was studied by large-gel 2D electrophoresis. It could be demonstrated for the first time at the protein level that two serin protease inhibitors, α1-antitrypsin and contraspin and the chaperone αB-crystallin decrease in expression over the course of disease. Importantly, the α1-antitrypsin decrease in the brain precedes that in liver, heart and testes in mice. Reduced expression of α1-antitrypsin and contraspin could be detected in the brain, liver heart and testes close to terminal disease. Decreased expression of the chaperone αB-crystallin was found exclusively in the brain. Reduced expression of the liver specific major urinary proteins not found in the brain, was seen in affected mice, demonstrating that the disease exerts its influence on a protein not present in the brain of transgenic mice at the protein level. When investigating three human brain regions obtained post-mortem from Huntington’s disease patients, α1-antitrypsin expression was also altered. Maintaining α1-antitrypsin and αB-crystallin availability during the course of Huntington’s disease might prevent neuronal cell death and therefore could be useful in delaying the disease progression.


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Keywords: α1-antitrypsin, contraspin, αB-crystallin, Huntington’s disease, R6/2, chaperone, serine protease inhibitor, MUPs, large-gel 2D electrophoresis


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Widmung

Für Christina

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10.03.2005