The ubiquitin proteasome system in Huntington disease : impairment of the proteolytic machinery aggravates
huntingtin aggregation and toxicity
Pril, R. de
Citation
Pril, R. de. (2011, February 23). The ubiquitin proteasome system in Huntington disease : impairment of the proteolytic machinery aggravates huntingtin aggregation and toxicity. Retrieved from
https://hdl.handle.net/1887/16530
Version: Corrected Publisher’s Version
License: Licence agreement concerning inclusion of doctoral thesis in the Institutional Repository of the University of Leiden
Downloaded from: https://hdl.handle.net/1887/16530
Note: To cite this publication please use the final published version (if applicable).
Nederlandse Samenvatting
135
Samenvatting
De ziekte van Huntington (HD) is de meest bekende van de polyglutamine ziektes die worden veroorzaakt door de expansie van een CAG herhaling in een getranscribeerd gen. In Nederland zijn er naar schatting 1300 patienten met HD en een nog groter aantal die het risico lopen de ziekte te ontwikkelen. Translatie van de CAG herhaling resulteert in huntingtine eiwit met een verlengde reeks glutamines in de N-terminus.
Expansie van deze glutamine reeks boven een drempel van 36 resulteert in een eiwit dat aggregeert en leidt tot start van de ziekte rond middelbare leeftijd. In alle polyglutamine ziektes wordt een omgekeerde correlatie gevonden tussen glutamine verlenging en leeftijd bij aanvang van de ziekte. Neuronale intranucleaire inclusies (NII) die tenminste een gedeelte van het verlengde eiwit bevatten worden gevonden als kenmerk van de polyglutamine ziektes. Van deze inclusies is gesuggereerd dat ze functioneren als beschermende opslag terwijl de oplosbare verkeerd gevouwen eiwitten de voornaamste reden zouden zijn van de toxiciteit. De afwijkende eiwitvouwing van deze eiwitten veroorzaakt de uiteindelijke pathologie door verstoring van het normale functioneren van de cel.
Het ubiquitine proteasoom systeem (UPS) is verantwoordelijk voor de voornaamste eiwit afbraak binnen de cel. Het UPS draagt bij aan het cellulaire evenwicht door de regeling van de expressie van essentiele eiwitten en afbraak van overbodige eiwitten. Daarnaast is het UPS betrokken bij de cellulaire kwaliteits controle van eiwitten en verantwoordelijk voor de afbraak van foutieve eiwitten die ophopen bij neurodegeneratie. Ook verlengde polyglutamine eiwitten kunnen worden afgebroken door het UPS om de cel te beschermen tegen dit misgevouwen eiwit. De verlengde reeks glutamines is echter moeilijk af te breken wat resulteert in remming van het proteasoom en eiwit ophoping als gevolg daarvan.
De algemene introductie in Hoofdstuk 1 geeft een overzicht van verschillende van de belangrijke aspecten die leiden tot neurodegeneratie in HD en in het bijzonder de bijdrage van het UPS.
Hoofdstuk 2 beschrijft de ontdekking van moleculaire leesfouten die optreden in GAGAG motieven in verschillende genen. De frameshift mutant van ubiquitine B (UBB+1) wordt gevormd door een dinucleotide (ΔGU) deletie in het mRNA.
Het mutant ubiquitine eiwit dat wordt gevormd kan niet langer substraat eiwitten ubiquitineren maar is zelf wel een substraat voor ubiquitinatie en daaropvolgende proteasomale afbraak. UBB+1 hoopt op bij verschillende neurodegeneratieve ziekten en is een in vivo marker voor proteasoom remming.
In Hoofdstuk 3, hebben we de ophoping onderzocht van UBB+1 bij HD en spinocerebellaire ataxie-3 (SCA3) en tevens de mogelijke bijdrage aan neurodegeneratie.
Nederlandse Samenvatting
136
UBB+1 blijkt op te hopen in het cytoplasma en NII in de aangetaste hersengebieden van HD en SCA3 en toont daarmee in vivo aan dat het proteasoom geremd is bij deze ziekten. In een cellulair model van HD vonden we dat UBB+1 resulteert in remming van het proteasoom wat leidt tot een toename in de vorming van inclusies. Bovendien werd een synergistische verhoging van polyglutamine geïnduceerde celdood gevonden als gevolg van UBB+1 expressie. Deze bevindingen impliceren dat UBB+1 de polyglutamine geïnduceerde neurodegeneratie versterkt en onderstreept het belang van het UPS voor de afbraak van misgevouwen polyglutamine en UBB+1 eiwitten.
UBB+1 transgene muizen laten een milde remming van het proteasoom zien. In Hoofdstuk 4 hebben we getest wat de invloed is van deze remming van het UPS door UBB+1 op de vorming van Htt inclusies in vivo. Expressie van verlengde polyglutamine eiwitten in het striatum van UBB+1 transgene muizen toonde een sterke toename in de vorming van NII in vergelijking met verwante wildtype muizen. Deze resultaten laten in vivo zien dat minimale verschillen in de UPS capaciteit sterke nadelige effecten kunnen hebben op de neuropathologie kenmerkend voor HD.
Van het ubiquitine conjugerende enzym E2-25K is aangetoond dat het een directe interactie aangaat met Htt onafhankelijk van de polyglutamine lengte. In Hoofdstuk 5, hebben we de lokalisatie van E2-25K onderzocht en tevens de bijdrage aan neurodegeneratie. E2-25K co-lokaliseert met een gedeelte van de NII in HD hersenen en tevens met inclusies in apoptotische cellen in vitro. Dominant negatieve E2-25K – zonder het katalytische staart domein – alsook een antisense construct verminderden de aggregaat vorming van verlengd Htt. Daarnaast reduceerden de mutant en antisense E2-25K constructen de polyglutamine geïnduceerde celdood. Deze bevindingen laten zien dat ubiquitinatie van E2-25K substraten bijdraagt aan zowel de inclusie vorming als neuronale celdood bij HD.
Tot slot worden in Hoofdstuk 6 de verschillende bevindingen van dit proefschrift besproken evenals vervolg onderzoek en toekomst perspectieven.
De bevindingen van dit proefschrift illustreren het belang van het UPS voor de cellulaire afbraak van toxische eiwitten die betrokken zijn bij neurodegeneratie.
Het precieze mechanisme van specifieke neuronale verstoring in HD is nog altijd onbekend maar wordt veroorzaakt door de verkregen functie van de polyglutamine repeat. Remming van het UPS resulteert in verdere ophoping van foutieve eiwitten en uiteindelijk neuronaal disfunctioneren. Doordat HD wordt veroorzaakt door eiwit expressie van een mutant allel zou efficiëntere afbraak van of mRNA of eiwit de neuronen kunnen beschermen tegen schadelijke polyglutamine eiwitten.
