Selection of tau monomer specific peptides as a potential therapeutic approach (Promotionsstipendium)

Selection of tau monomer specific peptides as a potential therapeutic approach

Die Alzheimer-Demenz (AD) ist eine neurologische Erkrankung und stellt die häufigste Form der Demenz dar. AD ist eine progressive Art der Demenz und wird von Symptomen wie Gedächtnisverlust durch neuronalen Zelltod sowie neuropathologischen Merkmalen begleitet. Bisher kann AD nur palliativ und symptomatisch behandelt werden, wenn auch nur mit begrenztem Erfolg. Im Gehirn von Betroffenen entstehen durch die pathologische Aggregation zweier Proteine senile Plaques (Abeta-Peptid) und fibrilläre Ablagerungen (Tau-Protein). Die dadurch verursachten Schäden führen zu einem Rückgang von Neuronen, Synapsen und der Hirnmasse und somit zum Verlust kognitiver Fähigkeiten. Es ist bis heute unverstanden, welche der beiden pathologischen Proteinaggregate in der komplexen pathophysiologischen Kaskade der Erkrankung zuerst auftreten. Das Projekt zielte auf die Selektion von neuartigen Tau-Aggregationsinhibitoren in Form von innovativen D-enantiomeren Peptiden ab. Diese therapeutischen D-Peptide wurden gegen Tau-Monomere selektiert, in der Hoffnung, ein frühzeitiges Eingreifen in den pathologischen Prozess zu ermöglichen. D-Peptide besitzen im Vergleich zu den L-enantiomeren Formen eine hohe Protease-Stabilität, was sie für in vivo Anwendungen geeignet machen. Des Weiteren aktivieren sie das Immunsystem seltener. Da die D-Peptide chemisch synthetisiert werden, können sie leicht modifiziert und ihre pharmakologischen und therapeutischen Eigenschaften verbessert und optimiert werden. Die D-enantiomeren Peptide, die in diesem Projekt entwickelt wurden, haben das Potenzial, sowohl intrazellulär als auch extrazellulär zu wirken.

In diesem Projekt wurden zwei neuartige D-Peptide identifiziert und im weiteren Verlauf des Projekts charakterisiert. Die Peptide wurden in diesem Zeitraum hauptsächlich auf ihr Potential untersucht, die in vitro Tau-Aggregation zu inhibieren. Dafür wurden verschiedene biochemische Methoden verwendet, wie beispielsweise Fluoreszenz-Untersuchungen (Thioflavin-Assay). Die Bindung der Peptide an Tau-Monomere, -Fibrillen und andere Tau-Isoformen konnte mittels ELISA bestätigt werden. Weiterhin konnte im ELISA die Hexapeptidsequenz PHF6 als mögliche Bindestelle des Peptids identifiziert werden. Diese Sequenz spielt eine wichtige Rolle bei der Aggregation von Tau. Zukünftig sind weiterführende Untersuchungen zur Identifikation des Bindemechanismus geplant.

Die weiteren Untersuchungen der Peptid-Eigenschaften fanden im Rahmen eines Gastwissenschaftleraufenthalts in den Laboren unseres Kooperationspartners Prof. Dr. Eckhard Mandelkow, Deutsches Zentrum für neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) in Bonn statt. Dort wurde bestätigt, dass die Peptide zusätzlich die Aggregation bekannter Tau-Mutationsformen (Tau^FLΔK280, Tau^FLA152T, Tau^FLP103L) wie sie unter anderem bei Frontotemporalen Demenzen vorkommen, inhibieren können. In einem weiteren Testverfahren, welches Aufschluss über die Größe der sich bildenden Tau-Peptid-Aggregate liefert, wurde festgestellt, dass die Anwesenheit der Peptide zur Bildung hochmolekularer Tau-Peptid-Aggregate führt, die deutlich größer sind als herkömmliche Tau-Aggregate. Vermutlich sind sie weniger gefährlich für die Zellen.

Zusammen mit dem DZNE wurden zudem vielversprechende Zellkulturexperimente durchgeführt, wodurch die Aufnahme der Peptide in neuronalen Zellen nachgewiesen werden konnte. Untersuchungen zu einer möglichen Zelltoxizität der Peptide stehen noch aus. Weiterhin ist geplant, die neuartigen D-Peptide in Alzheimer-Pathologie-Mausmodellen auf ihre therapeutischen und/oder diagnostischen Eigenschaften zu testen.