Arthur Gibert

• The prevalence of diseases associated with misfolded proteins increases with age. When cellular defense mechanisms become limited, misfolded proteins form aggregates and may also develop more stable cross-β structures ultimately forming amyloid aggregates. Amyloid aggregates are associated with neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s disease and Huntington’s disease. The formation of amyloid deposits, their toxicity and cellular defense mechanisms have been intensively studied. However, surprisingly little is known about the effects of protein aggregates on cellular signal transduction. It is also not understood whether the presence of aggregation-prone, but still soluble proteins affect signal transduction. In this study, the still soluble aggregation-prone HttExon1Q74 and its amyloid aggregates were used to analyze the effect of amyloid aggregates on internalization and receptor activation of G protein-coupled receptors (GPCRs), the largest protein family of mammalian cell surface receptors involved in signal transduction.The prevalence of diseases associated with misfolded proteins increases with age. When cellular defense mechanisms become limited, misfolded proteins form aggregates and may also develop more stable cross-β structures ultimately forming amyloid aggregates. Amyloid aggregates are associated with neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s disease and Huntington’s disease. The formation of amyloid deposits, their toxicity and cellular defense mechanisms have been intensively studied. However, surprisingly little is known about the effects of protein aggregates on cellular signal transduction. It is also not understood whether the presence of aggregation-prone, but still soluble proteins affect signal transduction. In this study, the still soluble aggregation-prone HttExon1Q74 and its amyloid aggregates were used to analyze the effect of amyloid aggregates on internalization and receptor activation of G protein-coupled receptors (GPCRs), the largest protein family of mammalian cell surface receptors involved in signal transduction. The aggregated HttExon1Q74, but not its soluble form, could inhibit ligand-induced clathrin-mediated endocytosis (CME) of various GPCRs. Most likely this inhibitory effect is based on a terminal sequestration of the HSC70 chaperone to the aggregates which is necessary for CME. Using the vasopressinV1a receptor (V1aR) and the corticotropin-releasing factor receptor 1 (CRF1R) as a model, it could be shown that the presence of HttExon1Q74 aggregates and the inhibition of ligand-induced CME leads to an accumulation of desensitized receptors at the plasma membrane. In turn, this disrupts Gq-mediated Ca2+ signaling and Gs-mediated cAMP signaling of the V1aR and the CRF1R respectively. In contrast to HttExon1Q74 amyloid aggregates, soluble HttExon1Q74 as well as amorphous aggregates did not inhibit GPCR internalization and signaling demonstrating that cellular signal transduction mechanisms are specifically impaired in response to the formation of amyloid aggregates. In addition, preliminary experiments could show that HttExon1Q74 aggregates provoke an increase in membrane expression of a protein from a structurally and functionally unrelated membrane protein family, namely the serotonin transporter SERT. As SERT is the main pharmacological target to treat depression this could shed light on this commonly occurring comorbidity in neurodegenerative diseases, in particular in early disease states.…
• Die Prävalenz von Krankheiten, die mit fehlgefalteten Proteinen assoziiert sind, nimmt mit dem Alter zu. Wenn die zellulären Abwehrmechanismen weniger effizient werden, können fehlgefaltete Proteine nicht nur einfache Aggregate bilden, sondern auch stabilere Cross-β-Strukturen, die am Ende zu sogenannten Amyloidaggregaten führen können. Amyloidaggregate sind mit neurodegenerativen Erkrankungen wie z. B. der Alzheimer Erkrankung und dem Huntington-Syndrom assoziiert. Die Bildung von Amyloidablagerungen, ihre Toxizität und die zellulären Abwehrmechanismen wurden in den letzten Jahren intensiv untersucht. Über die Auswirkungen von Proteinaggregaten auf die zelluläre Signaltransduktion ist jedoch überraschend wenig bekannt. Es ist auch nicht bekannt, ob bereits das Vorhandensein von löslichen Vorstadien dieser zur Aggregation neigenden Protein, die Signaltransduktion von Zellen beeinflusst. In dieser Studie wurden Amyloidaggregate des auf dem Huntingtin-Protein basierenden Konstrukts HttExon1Q74 und seine noch löslichen Formen verwendet,Die Prävalenz von Krankheiten, die mit fehlgefalteten Proteinen assoziiert sind, nimmt mit dem Alter zu. Wenn die zellulären Abwehrmechanismen weniger effizient werden, können fehlgefaltete Proteine nicht nur einfache Aggregate bilden, sondern auch stabilere Cross-β-Strukturen, die am Ende zu sogenannten Amyloidaggregaten führen können. Amyloidaggregate sind mit neurodegenerativen Erkrankungen wie z. B. der Alzheimer Erkrankung und dem Huntington-Syndrom assoziiert. Die Bildung von Amyloidablagerungen, ihre Toxizität und die zellulären Abwehrmechanismen wurden in den letzten Jahren intensiv untersucht. Über die Auswirkungen von Proteinaggregaten auf die zelluläre Signaltransduktion ist jedoch überraschend wenig bekannt. Es ist auch nicht bekannt, ob bereits das Vorhandensein von löslichen Vorstadien dieser zur Aggregation neigenden Protein, die Signaltransduktion von Zellen beeinflusst. In dieser Studie wurden Amyloidaggregate des auf dem Huntingtin-Protein basierenden Konstrukts HttExon1Q74 und seine noch löslichen Formen verwendet, um deren Wirkung auf die Internalisierung und Rezeptoraktivierung von G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCRs) zu analysieren. GPCR bilden die größte Proteinfamilie von Oberflächenrezeptoren in Säugerzellen und spielen eine entscheidende Rolle in der zellulären Signaltransduktion. Es konnte gezeigt werden, dass aggregiertes HttExon1Q74, aber nicht seine noch lösliche Form, die ligandeninduzierte Clathrin-vermittelte Endozytose (CME) verschiedener GPCRs hemmt. Höchstwahrscheinlich beruht dieser inhibitorische Effekt auf einer Sequestrierung des HSC70-Chaperons zu den HttExon1Q74-Aggregaten. In früheren Studien konnte bereits gezeigt werden, dass HSC70 die für CME notwendig ist. Unter Verwendung des VasopressinV1a-Rezeptors (V1aR) und des Corticotropin-Releasing-Faktor-Rezeptors 1 (CRF1R) als Modellproteine, konnte in dieser Arbeit ferner gezeigt werden, dass das Vorhandensein von HttExon1Q74-Aggregaten und die Hemmung der ligandeninduzierten CME zu einer Akkumulation desensibilisierter Rezeptoren in der Plasmamembran führt. Dies stört wiederum die Gq-vermittelte Ca2+-Signalisierung und die Gs-vermittelte cAMP-Signalisierung des V1aR bzw. des CRF1R. Im Gegensatz zu HttExon1Q74-Amyloidaggregaten hemmten lösliches HttExon1Q74 sowie amorphe Proteinaggregate die GPCR-Internalisierung und –Signalisierung nicht. Dies zeigt, dass Amyloidaggregate zelluläre Signaltransduktionsmechanismen spezifisch beeinträchtigen können. Darüber hinaus konnten vorläufige Experimente zeigen, dass HttExon1Q74-Aggregate eine Erhöhung der Membranexpression des Serotonintranporters SERT verursachen, eines Membranproteins das strukturell und funktionell nicht mit GPCR verwandt ist. Da SERT das wichtigste pharmakologische Zielmolekül bei der Behandlung von depressiven Syndromen ist, könnten diese Daten dazu beitragen, besser zu verstehen, warum Depressionen in sehr frühen Stadien von neurodegenerativen Erkrankungen gehäuft auftreten.…