Die Tripeptidylpeptidase 1 (TPP1) ist ein lysosomales Enzym. Es wird als inaktive Vorstufe synthetisiert und durch sauren pH im Lysosom aktiviert. Die Kristallstruktur von TPP1 ist kugelförmig, sein Gen liegt in der Chromosomen-Region 11p15.4. Die seltene lysosomale Speichererkrankung Neuronale Ceroidlipofuszinose 2 (kurz: NCL2, auch CLN2) ist die Folge von Mutationen im TPP1-Gen und wird autosomal-rezessiv vererbt. Die eingeschränkte Funktion des Enzyms TPP1 führt zu Störungen des Substratabbaus und zur intralysosomalen Ansammlung von wachsartigem Ceroidlipofuszin-Material. Dies führt zum weitgehenden Funktionsverlust der Lysosomen. Die Symptome der Klassischen Spätinfantilen Neuronalen Ceroidlipofuszinose zeigen sich erstmals im frühen Kindesalter zwischen 1 und 4 Jahren: psychomotorische Entwicklungsstörungen in Kombination mit epileptischen Anfällen und Demenz durch neurodegenerative Vorgänge. Bereits vorhandene motorische Fähigkeiten gehen verloren und es kommt zum Sehkraftverlust. Meist werden die Patienten nicht älter als 15 Jahre. Bislang ist nur die Enzymersatztherapie für CLN2 zugelassen. Diese ist wenig alltagstauglich, da den Patienten lebenslang etwa alle zwei Wochen rekombinantes TPP1 intravenös, teilweise direkt ins ZNS, verabreicht werden muss. Häufig zeigen sich Immunreaktionen gegen das verabreichte Enzym. Daher wird derzeit nach anderen Therapiemöglichkeiten gesucht, wobei die Faltungstherapie eine Alternative für TPP1-Mutationen darstellen könnte. Die Idee hinter der Faltungstherapie ist, die Strukturveränderungen des mutierten TPP1 zu umgehen, indem die korrekte Faltung des Enzyms unterstützt wird. Hierzu können Chaperone dienen. HSP70 ist ein molekulares Chaperon, das natürlicherweise in den Zellen vorkommt. Es gehört zur sogenannten Hitzeschockantwort, die durch zellulären Stress ausgelöst wird. Als Haupt-Transkriptionsfaktor für Hitzeschockproteine steuert der Hitzeschockfaktor 1 (HSF1) Prozesse im Zellstoffwechsel, die dem zellulären Schutz dienen und reguliert die Transkription der Hitzeschockproteine bei zellulärem Stress hoch. HSP70 agiert als Faltungshelfer und sorgt für die Stabilisierung der Proteine in ihrer Faltungsphase, sodass Fehlfaltungen vorgebeugt werden können. Das Ziel dieser Doktorarbeit war die Untersuchung der Wirkung von HSP70 auf die Expression, Prozessierung und Aktivität von mutiertem TPP1. Es wurden sehr häufig vorkommende TPP1-Missense-Mutationen ausgewählt: Asp276Val, Gly284Val, Ile287Asn, Ser475Leu. Die zugrundeliegenden Zellsysteme waren Patientenfibroblasten und transfizierte HEK293T-Zellen. Um eine Steigerung von HSP70 in den Zellen zu erreichen, wurden die transfizierten Zellen mit den Substanzen Arimoclomol, Celastrol oder mit rekombinantem HSP70 behandelt. Arimoclomol aktiviert die Hitzeschockantwort und sorgt durch die Aktivierung von HSF1 für eine gesteigerte HSP70-Expression. Celastrol ist ein Naturprodukt aus der Wurzel eines ostasiatischen Spindelbaumgewächses. Auch dieses aktiviert HSF1 und bewirkt eine vermehrte HSP70-Präsenz in den Zellen. In dieser Doktorarbeit sollte überprüft werden, ob durch die Behandlung der Zellen mit den genannten Substanzen eine Steigerung von HSP70 und damit verbunden vermehrt korrekt gefaltetes TPP1 erreicht werden kann. Es konnte Folgendes gezeigt werden: Nur bei den Active-Site-Mutanten Asp276Val und Ser475Leu wurde das mutierte TPP1 prozessiert. Bei den anderen Mutanten sammelte sich der TPP1-Vorläufer an. Die Mutation der Active-Site-Mutanten liegt in deren aktivem Zentrum. Der Rest des Proteins wird korrekt aufgebaut und war im Western Blot detektierbar. Da das fehlerhafte aktive Zentrum jedoch keine Substrate binden kann, war auch keine Enzymaktivität vorhanden. Eine Stabilisierung des Faltungsprozesses erzielte bei diesen beiden Mutationen folglich keine Aktivität, da es sich nicht um ein Faltungsproblem handelt. Bei den Mutanten Gly284Val und Ile287Asn hingegen handelt es sich um genau solche Mutationen mit Faltungsfehlern. Diese Mutanten ließen sich unter Umständen durch die Verbesserung des Faltungsprozesses mithilfe von Chaperonen korrigieren. Im Vergleich zur Aktivität des Wildtyps konnte bei diesen beiden Mutanten keine aussagekräftige Aktivität des mutierten TPP1 festgestellt werden (unter 5%). Auch unter Stimulation mit den Substanzen Arimoclomol, Celastrol und rekombinantem HSP70 ergaben sich keine signifikanten Änderungen dieser Ergebnisse. Die Chaperontherapie stellt damit keine Alternative zur zugelassenen Enzymersatztherapie dar. Zumindest für die hier untersuchten Mutationen lieferten die Versuche keine positiven Ergebnisse. Inwieweit die Faltungstherapie auf andere CLN2-Mutationen wirkt, muss noch in weiteren Untersuchungen überprüft werden.
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