Promotionsprogramm Translationale Medizin. Projektvorschlag Projektleiter/Betreuer: Professor Stefan Lichtenthaler

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1 Promotionsprogramm Translationale Medizin Projektvorschlag Projektleiter/Betreuer: Professor Stefan Lichtenthaler Klinik/Institut: Lehrstuhl für Proteomik Promotionsberechtigung: Hochschullehrer Thema: Spaltung des Zelladhäsionsproteins contactin-2 durch die Alzheimer Protease BACE1 Beschreibung: Das Promotionsthema betrifft eine zentrale Fragestellung der Alzheimer Forschung und Neurobiologie. Die Protease BACE1 schneidet das Protein APP und ist derzeit das zentrale Zielmolekül für die Entwicklung von Medikamenten gegen die Alzheimer Krankheit. Mögliche Nebenwirkungen einer chronischen BACE1- Hemmung im Patienten sind weitgehend unbekannt - sind aber zu befürchten, da BACE1 knock-out Mäuse zahlreiche Veränderungen im Gehirn zeigen (Fehlverknüpfungen von Neuronen, Schizophrenie, Epilepsie). Die Substrate im ZNS (neben APP), die für die Nebenwirkungen verantwortlich sind, sind aber unbekannt. Wir haben eine neue proteomische Methode entwickelt, mit der wir in Neuronen neue BACE1 Substrate identifiziert haben. Ziel unserer Arbeit ist es, die Spaltung der Substrate biochemisch genau zu charakterisieren und herauszufinden, wie die Spaltung die Funktion der Substrate ändert und ob die Substrate als Biomarker für die therapeutische BACE1-Hemmung in klinischen Studien geeignet sind. Im Promotionsprojekt soll spezifisch das Zelladhäsionsprotein contactin-2 untersucht werden, das wir in BACE1- knock-out Maushirnen als neues BACE1 Substrat validiert haben. Im ersten Teil der Doktorarbeit soll mittels DNA-Klonierung, neuronaler Zellkultur und Massenspektrometrie bestimmt werden, an welcher Peptidbindung contactin-2 von BACE1 gespalten wird. Im zweiten Teil soll mittels Immunofluoreszenz und Histochemie bestimmt werden, wo in Neuronen und im Maushirn BACE1 und contactin-2 aufeinandertreffen und ob die zelluläre Lokalisierung von contactin-2 und seinen Bindepartnern in BACE1- knock-out Mäusen verändert ist. Die kann z.b. zu einer Zunahme von contactin-2 auf der Neuronenoberfläche führen und die biologische Funktion von contactin-2 beeinflussen. Im dritten Teil soll überprüft werden, ob BACE1-gespaltenes contactin-2 nach Gabe von BACE1-Inhibitoren im CSF von Mäusen und Primaten reduziert vorliegt und sich damit als leicht nachzuweisender Biomarker für die BACE1-Hemmung eignet. Das Projekt erlaubt eine umfassende Ausbildung in biochemisch-molekularbiologischen Methoden, die allesamt im Labor etabliert sind. Das Labor ist hervorragend ausgestattet und befindet sich in GroSShadern (TUM-Lehrstuhl für Neuroproteomik). Es ist in intensivem, exzellentem Austausch mit anderen Neurowissenschaftlichen und Demenz-Forschungsgruppen. Das Labor ist Teil des TUM-LMU SyNergy Exzellenzclusters (Systems Neurology) und des Deutschen Zentrums für Neurodegenerative

2 Erkrankungen (DZNE). Min- Umfang (falls anders als 1 Jahr Vollzeit und 2 Jahre studienbegleitend): destens 1 Jahr Vollzeit und 2 Jahre studienbegleitend Bezug zu drittmittelgeförderten Projekten: BMBF-Förderung Kompetenznetz Degenerative Demenzen Relevante eigene Publikationen: Kuhn PH, Koroniak K, Hogl S, Colombo A, Zeitschel U, Willem M, Volbracht C, Schepers S, Imhof A, Hoffmeister A, Haass C, RoSSner S, Bräse S, Lichtenthaler SF (2012). Secretome Protein Enrichment with Click Sugars Identifies Physiological Substrates of the Alzheimer Protease BACE1 in Primary Neurons. EMBO J 31, Dislich B, Lichtenthaler SF (2012). The Membrane-Bound Aspartyl Protease BACE1: Molecular and Functional Properties in Alzheimert s Disease and Beyond. Front Physiol 3, 8. Kuhn PH, Wang H, Dislich B, Colombo A, Zeitschel U, Ellwart JW, Kremmer E, RoSSner S, Lichtenthaler SF (2010). ADAM10 is the Physiologically Relevant, Constitutive Alpha-Secretase of the Amyloid Precursor Protein in Primary Neurons. EMBO J 29, Mitterreiter S, Page RM, Kamp F, Hopson J, Winkler E, Ha HR, Hamid R, Herms J, Mayer TU, Nelson DJ, Steiner H, Stahl T, Zeitschel U, Rossner S, Haass C, Lichtenthaler SF (2010). Bepridil and Amiodarone Simultaneously Target the Alzheimers Disease beta- and gamma-secretase via Distinct Mechanisms. J Neurosci 30, Ot Connor T, Sadleir KR, Maus E, Velliquette RA, Zhao J, Cole SL, Eimer WA, Hitt B, Bembinster LA, Lammich S, Lichtenthaler SF, Hebert SS, De Strooper B, Haass C, Bennett DA, Vassar R (2008). Phosphorylation of the translation initiation factor eif2alpha increases BACE1 levels and promotes amyloidogenesis. Neuron 60, Betreute Promotionen der letzten 5 Jahre: Bastian Dislich, Dr. med. Struktur-Funktionsanalyse der BAR Domäne von Sorting Nexin 33

3 Peer-Hendrik Kuhn, Dr. med. alpha- and beta-secretase in Alzheimert s disease: Identity and physiological substrates Sylvia Ullrich, Dr. rer. nat Analyse des neuen Proteins TMEM59 und seiner Funktion in dem Transport und der Prozessierung des Amyloid-Vorläufer-Proteins Stefan Mitterreiter, Dr. rer. nat. Duale Modulation der proteolytischen Spaltung des Amyloid-Vorläufer-Proteins durch den Wirkstoff Bepridil Susanne Schöbel, Dr. rer. nat. Analyse eines neuen Sorting Nexins und seiner Funktion in der SSAPP-Prozessierung Stephanie Neumann, Dr. rer. nat. Die Bedeutung der Endozytose für die proteolytische Spaltung des Amyloid Precursor Proteins

4 Huanhuan Wang, Dr. rer. nat. Identification of the physiologically relevant a-secretase of the Alzheimers disease-related amyloid precursor protein and its relationship with SS-secretase Sebastian Hogl, Dr. rer. nat. Analyse der Funktion und REgulation von Proteinen mit Relevanz für Morbus Alzheimer mittels massenspektrometrischen Methoden. Publikationen aus betreuten Promotionen: Doctoral students marked with * 1. Colombo A, Wang H*, et al. (2013). Neurobiol Dis 49, Page RM, Muĺnch A, Horn T, Kuhn PH*, et al. (2012). J Neurosci 32, Kuhn PH*, Koroniak K, Hogl S, et al. (2012). EMBO J 31, Dislich B*, Lichtenthaler SF (2012). Front Physiol 3, Hogl S*, Kuhn PH*, et al. (2011). PLOS One 6, e Dislich B*, Than ME, Lichtenthaler SF (2011). Biochem J 433, Kuhn PH*, Wang H*, Dislich B*, et al. (2010). EMBO J 29, Shared First Authors: Kuhn and Wang 8. Dettmer U, Kuhn PH*, et al. (2010). J Biol Chem 285,

5 9. Mitterreiter S*, et al. (2010). J Neurosci 30, Malnar M, Kosicek M, Mitterreiter S*, et al. (2010). Biochim Biophys Acta 1802, Ullrich S*, Münch A*, Neumann S*, et al. (2010). J Biol Chem 285, Heiseke A, Schöbel S*, et al. (2008). Traffic 9, Schöbel S*, Neumann S*, et al. (2008). J Biol Chem 283, Schöbel S*, Neumann S*, et al. (2006). Int J Dev Neurosci 24, Neumann S*, Schobel S*, et al. (2006). J Biol Chem 281, Naus S, Reipschlager S, Wildeboer D, Lichtenthaler SF, Mitterreiter S*, et al. (2006). Biol Chem 387,