Verstärkte Fibrillen‐Fragmentierung N‐terminal verkürzter, Pyroglutamat‐modifizierter Aβ‐Peptide

Abstract

N-terminal verkürzte,P yroglutamat-modifizierte Varianten des Ab-Peptids sind natürlich vorkommende chemische Modifikationen bei der Alzheimerschen Krankheit. Wirzeigen hier,dass die beiden Modifikationen die Länge der Fibrillen und den Übergangsmittelpunkt der thermischen Entfaltung der Fibrillen signifikant herabsetzen. Die Peptidkonformation in den Fibrillen bleibt jedochw eitestgehend unbeeinflusst. Diese Beobachtung lässt darauf schließen, dass der unmodifizierte N-Terminus die Fibrillen vor mechani-schemStress und Fragmentierung schützt. Sie erklärt ebenfalls die hohe Wahrscheinlichkeit von Pyroglutamat-modifiziertem Peptid, kleinere,b esonders toxische Aggregate zu bilden.Die N-terminale Verkürzung und Pyroglutamat(pE)-Modifikation von Ab bestimmen die biochemische Entwicklung und das Fortschreiten der Alzheimerschen Krankheit (AK). [1][2][3] Abhängig von der Analysemethode sind 10-50 % des abgelagerten Ab Pyroglutamat-modifiziert. [4][5][6] Die pharmakologische Inhibierung der Glutaminyl-Cyclase,a lso des Enzyms,d as die Bildung des Lactamrings katalysiert, ver-ringert Amyloidablagerungen in vivo und verzçgert den Gedächtnisverlust bei Mäusen. [1] Bisher wurden allerdings unterschiedliche Ergebnisse über die zugrundeliegenden biophysikalischen Einflüsse dieser Modifikationen verçffentlicht. In mehreren Studien wurde eine beschleunigte Fibrillierung beobachtet, [7][8][9][10] während in anderen eine inhibitorische Wirkung, [11] eine verstärkte Bildung kleiner, zytotoxischer Oligomere [8,10,12,13] oder ein unterschiedlicher Einfluss auf Ab40 und Ab42 angegeben wird. [14] Um den kinetischen Einfluss der N-terminalen Modifikation auf die Fibrillenbildung zu klären, wurden Thioflavin-T(ThT)-Fluoreszenzmessungen durchgeführt. Diese zeigen, dass eine N-terminale Verkürzung die Fibrillenbildung beschleunigt. Der Effekt ist bei Pyroglutamat-modifiziertem Peptid noch ausgeprägter (Abbildung 1). Es wurden immer disaggregierte Peptide für die Messungen verwendet, und aufgrund der bekannten Streuung von ThT-Kinetiken wurden für jede Versuchsbedingung mindestens fünf Replikate untersucht. [15] Der beschleunigende Effekt wurde unabhängig davon beobachtet, ob die verwendeten Peptide bis Aminosäure 40 oder 42 reichten (Abbildung 1B). Die Modifikationen bewirken eine verkürzte Lag-Phase sowie eine erhçhte Wachstumsrate k (Abbildung S1 der Hintergrundinformationen). Dies bedeutet, dass sowohl die Lag-Phase als auch die Wachstumsphase der Fibrillenbildung durch die Modifikation beschleunigt werden.Massenspektrometrie vor und nach erfolgter Disaggregation sowie der Fibrillenbildung ergaben identische Peptidmassen (Abbildung S2), sodass sich zumindest kein Anhaltspunkt dafür ergibt, dass die Ergebnisse durch pE-Ringbildung oder -çffnung beeinflusst werden. Die Bestimmung der kritischen Konzentration ermçglichte eine Messung der ¾nderung der Gibbs-Energie (DG)v on Ab(1-40), Ab(3-40) und pEAb(3-40) während der Aggregation zu (À34.7 AE 0.2) kJ mol À1 ,( À36.3 AE 0.1) kJ mol À1 bzw.( À35.9 AE 0.3) kJ mol À1 .S omit scheint die Aggr...

Pyroglutamate‐Modified Amyloid β (11‐ 40) Fibrils Are More Toxic than Wildtype Fibrils but Structurally Very Similar

“…The time dependence of ThT‐fluorescence (Figure A) shows a much faster fibrillation kinetics of pGlu 11 ‐Aβ(11–40) compared to WT Aβ(1–40). A similar acceleration of the fibrillation kinetics was observed for pGlu 3 ‐Aβ(3–40) ,,. Under the chosen experimental conditions, a lag time for the fibrillation process of pGlu 11 ‐Aβ(11–40) was difficult to determine precisely from the data but is estimated to be shorter than 3 h compared to 43±2 h for the WT .…”

Pyroglutamate-modified amyloid β(3–42) monomer has more β-sheet content than the amyloid β(1–42) monomer

“…to display a higher fragmentation rate under comparable conditions. 18,19 It is currently the target of monoclonal antibodies which are able to clean plaques in mouse models or AD patients. 20 pEAb has also been proposed to influence Ab(1-42) during the early stage of aggregation by altering the secondary structure of Ab(1-42) assemblies through a template-dependent mechanism thereby rapidly forming highly toxic hetero-oligomers structurally distinct from both pE-Ab and Ab(1-42).…”

CuII Binding to Various Forms of Amyloid‐β Peptides: Are They Friends or Foes?

“…[116,117] These peptides are considered to be more toxic than the full-length ones, [118][119][120][121][122][123][124][125][126][127][128][129][130][131] given their connection to modified plaque morphology, hampered degradation of the pyroglutamate forms, higher propensity to form -sheets, and impact on the process of aggregation of the full-length peptides. The formation of pyroglutamate at the 11-position (see above) is also possible, but its effect has been less studied.…”