Project

a-Synuclein; Parkinson; neurodegenerative Krankheiten; Zellmembranen; Proteine; Proteinaggregation; Fluoreszenzspektroskopie; Raman-Spektroskopie

Lead
Oberflächeninduzierte Oligomerisation und Fibrillisation von alpha-Synuclein studiert mit 3D-SAF, SAF-FRET, SAF-FCS, and SAF-Raman-Mikroskopie
Lay summary
Die Alterskrankheit Parkinson wird ein immer deuticher auftretendes Phänomen in unserer Gesellschaft. Sie wird durch das Absterben von neuronalen Zellen in der “Substantia nigra” im Gehirn verursacht. Man hat sogenannte „Lewy-Bodies“ gefunden, das sind kleine Partikel, die wesentlich aus einem aggregierten Protein, a-Synuclein, bestehen. Deshalb geht man davon aus, dass a-Synuclein massgeblich an der Entstehung der Parkinson-Krankheit beteiligt ist. a-Synuclein ist ein membranaktives Protein und hat in Bezug auf chemische Signalübertragung durch Membranen eine wichtige physiologische Funktion.   Inhalt und Ziel des Forschungsprojekts In der Vergangenheit haben wir durch die Entwicklung oberflächensensitiver Analysemethoden wesentliche Beiträge zum Verhalten des a-Synucleins leisten können. In dem vorliegenden Projekt werden wir das Methodenspektrum erweitern. Wir werden eine neue Technologie entwickeln, die “SAF-RAMAN-Mikroskopie”, die zum ersten Mal die Strukturen der a-Synuclein-Aggregate darstellen soll, und zwar im Rahmen der dynamisch ablaufenden Wechselwirkungsprozesse. Dieser Ansatz soll uns erlauben, Einblicke in die Faltungsstruktur des adsorbierten und aggregierten Proteins zu erhalten und darüber hinaus den Membranperforationsprozess zu studieren.   Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts Unsere Arbeit wird neue und wichtige Informationen über das Verhalten des Proteins a-Synuclein auf der Oberfläche von Lipiddoppelschichten ergeben. Die Ergebnisse werden ein besseres Verständnis der Wechselwirkung des Proteins auf Zelloberflächen ermöglichen und Einblick in die Aggregationsmechanismen des Proteins erlauben. Somit sollen die Arbeiten einen Beitrag zur Entwicklung von Strategien leisten, die Parkinson-Krankheit erfolgreich behandeln bzw. deren Entstehung verhindern zu können.

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Last update: 14.10.2015

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The age-related neurodegenerative Parkinson’s disease (PD) is becoming more and more common in our ageing society. It is caused by the apoptosis of neuronal cells especially in the substantia nigra and the locus coeruleus. In the brain of patients suffering from PD inclusion bodies, so called Lewy bodies, are found. Their main component is aggregated protein a-Synuclein, which is hence defined as the important factor for the onset of the disease. a-Synuclein is a membrane active protein, participating in membrane fusion and annealing, and is hence important for chemical signaling. The mechanism and especially the trigger of the malfunction of a-Synuclein, which is connected to a disruption of the membrane, are not fully understood.In the predecessor project we have developed different technologies based on Supercritical Angle Fluorescence (SAF) Microscopy, namely 3D-SAF, SAF-FRET, and SAF-FCS. All these technologies have been shown to be ideal tools for investigation of protein-surface interactions. In this project these technologies will be further used to study the interaction of a-Synuclein on supported lipid bilayers (SLB) which are widely accepted model systems for native cellular membranes. With this technologies we will investigate the oligomerization and fibrillization of a-synuclein on SLB surfaces. We are in particular interested in the influence of the membrane composition (in particular the charged component 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phospho-L-serine (DOPS) and cholesterol) and further in a more detailed investigation of the two different growth mechanism of a-Synuclein oligomers and fibrils at a SLB surface, i.e. lateral and perpendicular to the SLB plane, which we discovered recently.In addition to the methods mentioned we plan to develop a further technique, SAF-RAMAN microscopy which will enable us for the first time to record the structure of a-Synuclein aggregates and prove helix and/or ß-sheet structures from different detection volumes. This extension will give us results concerning the structure and dynamics of the aggregates and aggregation, respectively. Further, we plan to investigate with SAF-RAMAN and SAF-FRET the membrane disruption process which most likely is the molecular key process for PD.In the final part of the process we will investigate polar and total lipid extracts of porcine brain as SLB material. Here, we will come even closer to the physiological situation. Hence, we are able to answer the question if a-Synuclein interacts with lipid components or if also other membrane components are playing a role in the toxic event.