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FU Berlin
Digitale Dissertation

Katharina Janek :
Conformation and Association of Amyloid-forming Peptides
Konformation und Assoziation Amyloid-bildender Peptide

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Abstract

Self-assembly of b -sheet domains resulting in the formation of pathogenic, fibrillar protein aggregates (amyloids) is a characteristic feature of various medical disorders, including Alzheimer`s disease and prion-related diseases.

The first part of the present work describes the association behaviour of b -sheet peptides. The water-soluble de novo peptides are composed of a central b -sheet-forming domain (valine-threonine-sequence), and N- and C-terminal non-structured octapeptide sequences which promote water solubility. It was shown, that the stability of the intermolecular b -sheet structures was influenced by variation of peptide length and D-amino acid substitutions. The association behaviour was found to correlate strongly with the stability of a b -sheet conformation. Model peptides with a (valine-threonine)n-domain, n ? 6 form stable, water-soluble b -sheet complexes with molecular masses of more than 2000 kDa, which are organized in fibrillar structures. The fibrils show similarities with naturally occurring amyloid fibrils.

The second part of the work occupies with the conformation and association of the Alzheimer?s disease peptide Ab (1-42). A critical event in Alzheimer?s disease is the transition of Ab peptides from their soluble, monomeric forms into disease-associated b -sheet-rich conformers. In order to assess the impact of conformational alterations on the initiation of amyloid formation the influence of position-specific D-amino acid substitutions on the secondary structure and association behaviour of Ab (1-42) was studied. Therefore a complete D-amino acid replacement set of Ab(1-42) was synthesized. It was shown that the conformational switch of monomeric Ab (1-42) into a b -structure is initiated by destabilization of the central a -helical domain comprising residues 11 to 24. This conformational a -to-b switch was directly accompanied by an aggregation process leading to the formation of amyloid fibrils. The present results have demonstrated for the first time, using the full-length 42-mer Alzheimer-peptide, that the conformational stability of the central region (residues 11-24) directly controls the molecular switch of the peptide into an associating b -sheet structure.

 

Table of Contents

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Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Titelblatt

Abkürzungen 6

1. Einleitung 8

1.1. Amyloide 8

1.1.1. Bedeutung und Charakterisierung von Amyloiden 8

1.1.2. Mechanismus der Amyloid-Bildung 10

1.1.3. Ausweitung des Amyloid-Begriffes 12

1.2. b -Faltblattstrukturen 13

1.2.1. Aufbau und Bildung von b -Faltblattstrukturen 13

1.2.2. Konformationelle a ® b Übergänge 17

1.2.3. b-Faltblattstrukturierte Modellpeptide 17

1.3. Alzheimer-Krankheit 19

1.3.1. Molekulare Grundlagen 19

1.3.2. Konformationelles Verhalten des Alzheimer-Peptides Ab 21

1.4. Zielstellung 23

2. Ergebnisse und Diskussion 24

2.1. Modellpeptide zum Studium von b -Faltblattstrukturen 24

2.1.1. Design und Synthese wasserlöslicher, b -faltblattstrukturierter Peptide 24

2.1.2. Konformation 25

2.1.2.1. Circulardichroismus- und Fourier Transformierte Infrarot-Spektroskopie 25

2.1.2.2. Einfluß der Länge der VT-Domäne 28

2.1.2.3. Stabilität der gebildeten b -Faltblattstrukturen 30

2.1.2.4. Einfluß strukturinduzierender Lösungsmittel 30

2.1.2.5. Lokalisierung der b -Strukturdomäne 33

2.1.2.6. Einfluß von D-Aminosäure-Substitutionen auf stabile b -Faltblattstrukturen 37

2.1.3. Assoziationsverhalten 39

2.1.3.1. Größenausschlußchromatographie 40

2.1.3.2. Dynamische Lichtstreuung und Analytische Ultrazentrifugation 42

2.1.4. Bildung amyloider Strukturen 45

2.1.4.1. Kongo Rot Anfärbung 45

2.1.4.2. Elektronenmikroskopie 47

2.1.5. Bewertung der Peptidmodelle 48

2.2. Konformation und Assoziation des Alzheimer-Peptides Ab (1-42) 50

2.2.1. Synthese und Reinigung eines Ab (1-42) D-Aminosäure-Substitutionssets 50

2.2.2. a -Helikale Domänen im Ab (1-42) 52

2.2.3. a ® b Übergang 57

2.2.4. Assoziationsverhalten 60

2.2.5. Schlußfolgerungen 64

3. Zusammenfassung 65

4. Experimenteller Teil 68

4.1. Chemikalien 68

4.2. Methoden 68

4.2.1. Automatische Peptidsynthese 68

4.2.2. Manuelle Peptidsynthese 69

4.2.3. Reinigung der Peptide 71

4.2.4. Analytische Charakterisierung der Peptide 71

4.2.5. CD-Spektroskopie 74

4.2.6. FTIR-Spektroskopie 75

4.2.7. NMR-Spektroskopie 75

4.2.8. Strukturberechnungen 76

4.2.9. HPLC-Untersuchungen 77

4.2.10. Größenausschlußchromatographie 77

4.2.11. Analytische Ultrazentrifugation 78

4.2.11. Dynamische Lichtstreuung 78

4.2.12. Kongo Rot Anfärbung 79

4.2.13. Thioflavin T Assay 80

4.2.14. Elektronenmikroskopie 80

5. Literaturverzeichnis 81

6. Anhang 96

Kurzzusammenfassung 96

Summary 97

Publikationen 98

More Information:

Online available: http://www.diss.fu-berlin.de/2001/10/indexe.html
Language of PhDThesis: german
Keywords: amyloid, peptides, beta-sheet structure, conformation, association
DNB-Sachgruppe: 30 Chemie
Date of disputation: 25-Jul-2000
PhDThesis from: Fachbereich Biologie, Chemie, Pharmazie, Freie Universität Berlin
First Referee: Prof. Dr. Michael Bienert
Second Referee: Prof. Dr. Ferdinand Hucho
Contact (Author): kathajanek@yahoo.de
Contact (Advisor): ekrause@fmp-berlin.de
Date created:26-Jan-2001
Date available:02-Feb-2001

 

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