Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

The anti-amyloidogenic chaperone DNAJB6 and its interaction with other chaperones

Nilsson, Gemma LU (2020) KEML10 20201
Mathematical Statistics
Department of Chemistry
Abstract
In order to maintain proteins’ functionality their native folding state must be preserved. Chaperones fold other proteins and DNAJ-chaperones may collaborate with Hsc70 chaperones to prevent aggregation of aggregation-prone peptides such as polyQ and Aβ42, which form fibrils in currently incurable diseases as Huntington’s and Alzheimer’s, respectively. Fibril formation of polyQ and Aβ42 is detected by ThT fluorescence measurements over time and halftime values (t​1/2 values) of fibril formation can be calculated and used to determine how chaperones can suppress fibril formation which is observed as increased t​1/2 value. Here we observed that there is an enhancement of the DNAJB6 suppression of fibril formation by Aβ42 in the trimeric... (More)
In order to maintain proteins’ functionality their native folding state must be preserved. Chaperones fold other proteins and DNAJ-chaperones may collaborate with Hsc70 chaperones to prevent aggregation of aggregation-prone peptides such as polyQ and Aβ42, which form fibrils in currently incurable diseases as Huntington’s and Alzheimer’s, respectively. Fibril formation of polyQ and Aβ42 is detected by ThT fluorescence measurements over time and halftime values (t​1/2 values) of fibril formation can be calculated and used to determine how chaperones can suppress fibril formation which is observed as increased t​1/2 value. Here we observed that there is an enhancement of the DNAJB6 suppression of fibril formation by Aβ42 in the trimeric chaperone system with DNAJB6, Hsc70, Hsp110 and ATP. The increased t​1/2 values observed with the trimeric chaperone system is dependent on ATP-hydrolysis since the effect was reversed (decreased t​1/2 values) in absence of Hsp110, the nucleotide-exchange factor. Moreover, the effects were different with ATP, ADP or a non-hydrolyzable ATP-analogue. A possible interpretation is that the observed enhancement here, for the first time with DNAJB6 in the trimeric chaperone system, is the result of a continuous capture of Aβ42 oligomers, which otherwise function as nuclei for fibril formation, and continuous release as Aβ42 oligomers under ATP-hydrolysis. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Ett protein måste upprätthålla sin tredimensionella struktur för att bevara sin funktion. De flesta proteiner veckas inte spontant till sin fungerande konformation och med tiden veckas de ut. Därför behöver kroppens celler ett system som främjar korrekt veckning och ser till att de bevarar denna veckade form. Proteiner som har denna uppgift kallas chaperoner. Chaperoner binder till och veckar andra proteiner samt samverkar i ett komplext nätverk för att bibehålla cellers proteostas. Många chaperoner är så kallade Heat Shock Proteins (Hsps), däribland DNAJ-proteiner som främst binder till felveckade proteiner och Hsp70-proteiner som binder och veckar andra proteiner.
Chaperoner förhindrar bland annat skadlig ackumulering av... (More)
Ett protein måste upprätthålla sin tredimensionella struktur för att bevara sin funktion. De flesta proteiner veckas inte spontant till sin fungerande konformation och med tiden veckas de ut. Därför behöver kroppens celler ett system som främjar korrekt veckning och ser till att de bevarar denna veckade form. Proteiner som har denna uppgift kallas chaperoner. Chaperoner binder till och veckar andra proteiner samt samverkar i ett komplext nätverk för att bibehålla cellers proteostas. Många chaperoner är så kallade Heat Shock Proteins (Hsps), däribland DNAJ-proteiner som främst binder till felveckade proteiner och Hsp70-proteiner som binder och veckar andra proteiner.
Chaperoner förhindrar bland annat skadlig ackumulering av aggregationsbenägna peptider såsom polyQ and Aβ42. Aggregering och därpå fibrillering av polyQ och Aβ42 är associerade med Huntingtons respektive Alzheimers sjukdom, vilka båda är neurodegenerativa sjukdomar som angriper och orsakar skador på nervsystemet. I tidigare studier har man observerat att vissa Hsp70-proteiner samarbetar med DNAJ-proteiner för att dämpa sådan skadlig bildning av fibriller. Chaperonerna som användes i studien var Hsc70 (ett Hsp70-protein) och DNAJB1 (ett DNAJ-protein) samt Hsp110 som är en så kallad nucleotide exchange factor (NEF).
I tidigare forskning på Lunds Universitet, vid avdelningen för biokemi och strukturbiologi, har det visat sig att DNAJB6, ett DNAJ-protein som är likt men ändå olikt DNAJB1, verkar vara specialiserat på att binda just de former av polyQ och Aβ42, som kallas oligomerer. Det är oligomererna som orsakar sjukdom. De binds starkt till en S/T-rik region i DNAJB6, vilket är en region som saknas i DNAJB1. Baserat på detta var syftet med vårt projekt att undersöka om DNAJB6, i likhet med DNAJB1, interagerar med ett system av Hsc70 och Hsp110. Är det så att DNAJB6 kan lämna över ett substrat, som polyQ eller Aβ42, till Hsc70?
En förenkling av händelseförloppet då monomera peptider slutligen bildar fibriller kan beskrivas som en reaktion där monomerer initialt kolliderar och alltså bildar oligomerer. Dessa oligomerer är mycket skadliga för celler och sätter fart på reaktionen. Nästa fas kallas förlängning (elongation) eftersom fler monomerer nu binder in och oligomererna börjar då närma sig formen av en fibrill. När fibriller väl har bildats kan bildningen av ännu flera farliga oligomerer katalyseras på fibrillernas yta. Att fibrillerna själva fragmenteras ökar antalet fibriller ytterligare, vilket förvärrar situationen. Därför skulle det vara viktigt om DNAJB6 kan hindra och oskadliggöra de allra första oligomererna som bildas.
För att undersöka hur chaperonerna fungerar användes en metod som kallas ThT-mätning. ThT är en fluorescerande molekyl och bildningen av fibriller mäts som ThT fluorescensmätning över tid. En ökning i fluorescensen tyder på bildning av fibriller tills ett maximal-värde uppnås. Ett värde beräknades för halva tiden innan maximal-värdet uppnås (ett t​1/2 värde). Chaperonernas förmåga av att dämpa fibrilleringen kan då mätas som ett ökat t​1/2​ värde.
Vi observerade att DNAJB6 kan dämpa bildning av fibriller redan vid mycket låga mängder i förhållande till aggregationsbenägna peptider. Vid förhållandet 1:0.01 Aβ42 till DNAJB6 fanns en tydlig ökning av t​1/2 värdena. En annan observation var att värdena för t​1/2 ökar kraftigt vid tillsats av DNAJB6, Hsc70 och Hsp110, men i frånvaro av Hsp110 (och ATP) blir värdena för t​1/2 mycket lägre. Detta pekar på att det trimera chaperonesystemet bestående av DNAJB6, Hsc70 och Hsp110 är beroende av ATP hydrolys. Detta tyder på en interaktion mellan DNAJB6 och systemet av Hsc70/Hsp110/ATP där substratet kan överlämnas från DNAJB6 till Hsc70.
Det dimera systemet av DNAJB6 och Hsc70 i närvaro av ATP gav noterbart låga värden, mycket lägre än när chaperonerna arbetade självständigt. Vår hypotes är att i avsaknad av ATP-hydrolys, det vill säga i frånvaro av Hsp110 och ATP, så lämnar DNAJB6 över de uppfångade oligomererna till Hsc70 som sedan släpper ut dem igen. Däremot när Hsp110 och ATP också är närvarande, sker ATP-hydrolys och Hsc70 löser då upp de skadliga oligomerer till ofarliga monomerer.
Svaret på vår huvudsakliga fråga: ”Kan DNAJB6 lämna över substrat, som Aβ42, till Hsc70” är, kort sagt, ”ja”. Åtminstone med Aβ42 och åtminstone under de testade förhållandena. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Nilsson, Gemma LU
supervisor
organization
course
KEML10 20201
year
type
M2 - Bachelor Degree
subject
keywords
chaperones, DNAJB6, Hsc70, Hsp110, ATP-hydrolysis, Ab42, polyQ, biochemistry, biokemi
language
English
id
9019402
date added to LUP
2020-06-18 15:42:15
date last changed
2020-06-18 15:42:15
@misc{9019402,
  abstract     = {{In order to maintain proteins’ functionality their native folding state must be preserved. Chaperones fold other proteins and DNAJ-chaperones may collaborate with Hsc70 chaperones to prevent aggregation of aggregation-prone peptides such as polyQ and Aβ42, which form fibrils in currently incurable diseases as Huntington’s and Alzheimer’s, respectively. Fibril formation of polyQ and Aβ42 is detected by ThT fluorescence measurements over time and halftime values (t​1/2 values) of fibril formation can be calculated and used to determine how chaperones can suppress fibril formation which is observed as increased t​1/2 value. Here we observed that there is an enhancement of the DNAJB6 suppression of fibril formation by Aβ42 in the trimeric chaperone system with DNAJB6, Hsc70, Hsp110 and ATP. The increased t​1/2 values observed with the trimeric chaperone system is dependent on ATP-hydrolysis since the effect was reversed (decreased t​1/2 values) in absence of Hsp110, the nucleotide-exchange factor. Moreover, the effects were different with ATP, ADP or a non-hydrolyzable ATP-analogue. A possible interpretation is that the observed enhancement here, for the first time with DNAJB6 in the trimeric chaperone system, is the result of a continuous capture of Aβ42 oligomers, which otherwise function as nuclei for fibril formation, and continuous release as Aβ42 oligomers under ATP-hydrolysis.}},
  author       = {{Nilsson, Gemma}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  title        = {{The anti-amyloidogenic chaperone DNAJB6 and its interaction with other chaperones}},
  year         = {{2020}},
}