DE19716120A1 - Verwendung von cholesterinsenkenden Mitteln - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von cholesterinsenkenden Mitteln zur Prophylaxe oder Behandlung von Erkrankungen, die mit einer Konformationsänderung von Prionen einhergehen, oder von Alzheimer'scher Krankheit.

Für die meisten Molekularbiologen, die sich mit Membranproteinen beschäftigen, liegt die Funktion von Lipiden hauptsächlich in ihrer Eigenschaft, als Solvens für Proteine zu dienen (Singer & Nicolson, Science 175 (1972), 720-731). Dies ist jedoch sicher nicht ihre einzige Rolle. Die verschiedenen Lipidarten sind nicht nur in einer fluiden Doppelschicht angeordnet, sondern sie sind auch über die exoplasmatischen und cytoplasmatischen Membranbereiche asymmetrisch verteilt (Bretscher und Raff, Nature 258 (1975), 43-49; Roelofsen & Op den Kamp, Plasma Membrane Phospholipid Asymmetry and its Maintencance: The Human Erythrocyte as a Model 1-7-46 (1994)). Außerdem hat man festgestellt, daß die Lipide auch in bestimmter Weise organisiert sind und damit mehr Regulierungsaufgaben erfüllen als bisher bekannt (Glaser, Curr. Op. Struct. Biol. 3 (1993), 475-481, Thomas et al., J. Cell Biol. 125 (1994), 195-802, Kusumi & Sako, Curr. Opin. Cell Bio. 8 (1996), 566-574). Es hat sich nun gezeigt, daß eine laterale Organisation von Lipiden entsteht durch Verbindung von Sphingolipiden und Cholesterin zu sich bewegenden Schollen oder Flößen, an welche sich Proteine innerhalb der Doppelschicht spezifisch anlagern können. Die Existenz solcher Sphingolipid-Cholesterin-Flöße führt zu einer grundsätzlich anderen Beurteilung der Membranorganisation und erlaubt neue Einblicke in die Funktion von Zellmembranen.

Auf Basis von Untersuchungen zu solchen Sphingolipid-Cholesterin-Flößen sind die in Fig. 1B gezeigten Modelle entstanden. Man geht davon aus, daß die Sphingolipidkopfgruppen, welche größere Bereiche der Ebene des exoplasmatischen Teils der Membran belegen als die Kohlenwasserstoffketten der Lipide in der Membranschicht, Zwischenräume entstehen lassen, die durch Cholesterinmoleküle gefüllt werden, die sozusagen als Abstandhalter fungieren (Fig. 1B). Eine dichte Aneinanderfügung dieser Sphingolipid-Cholesterinklaster auf dem exoplasmatischen Teil der Membran läßt sie als Gesamtanordnung innerhalb der Membrandoppelschicht fungieren. Es ist dabei wichtig, festzustellen, daß die Sphingolipide normalerweise eine lange Fettsäure (C₂₀-C₂₆) aufweisen, die über eine Amidbindung an die Sphingosinbasis angeheftet ist, wobei aufgrund der Länge der Fettsäure diese mit dem cytoplasmatischen Teil der Doppelschicht der Membran in Verbindung treten kann. Da Cholesterin in beiden Membranschichten vorhanden ist, ist es auch möglich, daß das Molekül als Spacer im cytoplasmatischen Teil der Membran fungiert und dabei Zwischenräume ausfüllt zwischen dort vorhandenen Fettsäuren (Fig. 1B). Die neuen Erkenntnisse über die Organisation von Sphingolipiden und Cholesterin in der Zellmembran führten nun zu der Erkenntnis, daß hierin auch eine Grundlage liegen könnte für die Behandlung oder Verhinderung von Krankheiten, welche mit einer Konformationsänderung von Prionproteinen einhergehen, oder aber der Alzheimer'schen Krankheit. Derartige Krankheiten sind bisher noch nicht behandelbar, meist ist auch ihre Erkennung sehr schwierig, eine letztendliche Sicherheit kann meist nur durch Autopsie nach dem Tode des Patienten erhalten werden. Insofern besteht ein dringendes Bedürfnis an einer Möglichkeit, derartige Krankheiten, zumindest im Verdachtsfall, zu behandeln oder ihre Entstehung zu verhindern.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, eine Möglichkeit bereitzustellen, auf Krankheiten wie die Alzheimer'sche Krankheit oder andere Krankheiten, bei welchen eine Veränderung von Proteinen an Sphingolipid-Cholesterin-Flößen stattfindet, positiv einwirken zu können.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die Verwendung von cholesterinsenkenden Mitteln zur Prophylaxe oder Behandlung von Erkrankungen, die auf einer Konformationsänderung von Prionen beruhen, oder von Alzheimer'scher Krankheit. Als cholesterinsenkende Mittel können alle Mittel verwendet werden, welche den Cholesteringehalt im Blut senken und zu diesem Zweck zur Prophylaxe anderer Erkrankungen, vor allem der Arteriosklerose und des Herzinfarkts eingesetzt werden oder werden können.

Als Krankheiten, die auf einer Konformationsänderung von Prionproteinen beruhen, wird derzeit vor allem die beim Schaf auftretende Krankheit Scrapie angesehen. Auch für die BSE-Problematik könnte die vorliegende Erfindung von Bedeutung sein, wenn sich erhärtet, daß der auslösende Faktor für die letztendlich zum Tode führende Krankheit ebenfalls die Konformationsänderung von Prionproteinen ist und diese Erkrankung der Rinder auf den Menschen übertragbar ist. Somit wäre auch die Behandlung der Creutzfeld-Jacob-Krankheit ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Das Scrapie-Prionenprotein (PrP^SC) ist die bisher einzige bekannte Komponente eines übertragbaren Prions. Es ist abgeleitet von einem normalerweise an Glycosylphosphatidylinositol (GPI) verankerten Protein PrP^C, das in Neuronen exprimiert wird, wobei durch eine Konformationsänderung des PrP^C das Prionprotein PrP^SC entsteht, welches proteaseresistent ist. Vermutlich findet diese Konformationsänderung an Sphingolipid-Cholesterin-Flößen statt. Die Konformationsänderung scheint abhängig zu sein von der GPI-Verankerung, da chimäre Proteine, die eine eigene Transmembrandomäne enthalten, nicht der Konformationsänderung unterliegen. PrP^C ist unlöslich in Triton X-100 bei 4°C während der Konformationsänderung und eine Verarmung an zellulärem Cholesterin verhindert die Bildung von PrP^SC. Interessanterweise kann PrP^C durch clathrinbeschichtete Vesikel mittels Endocytose in die Zelle eingeschleust werden, vermutlich aufgrund von Bindung an ein bisher unbekanntes Transmembranprotein mit einem sogenannten coated pit-Signal. Diese Bindung hält PrP^C möglicherweise von den Flößen entfernt, wo die bisher noch ungeklärte PrP^C-PrP^SC-Transformation stattzufinden scheint.

Eines der wichtigen Merkmale der Pathogenese der Alzheimer'schen Krankheit ist die fortschreitende zerebrale Anhäufung des Amyloid-β-Peptids (Aβ), einem proteolytischen Spaltprodukt aus einem Amyloidvorläuferprotein (APP). Neu synthetisiertes APP wird in den Neuronen in die Axone geleitet und dann durch Transzytose an die Dendriten weitergeführt. Wo genau die Aβ-Produktion stattfindet, ist nicht klar, jedoch weisen kürzlich erhaltene Resultate darauf hin, daß Aβ komplexiert an ein Lipid in Sphingolipid-Cholesterin-Flößen, das GM1-Gangliosid, vorgefunden wird in den frühesten Krankheitsmanifestationen im Gehirn. Interessanterweise wird ein kleiner Teil APP auch in detergensunlöslichen, glycolipidangereicherten Komplesxen, sogenannten DIGs (Brown & Rose, J. Cell 68 (1992), 533-544; Parton & Simons, Science 269 (1995), 1398-1399) aufgefunden. Möglicherweise wird APP durch die Bindung an GM1 an die Flöße fixiert und die Proteolyse könnte möglicherweise in den Sphingolipid-Cholesterin- Mikrodomänen stattfinden, wobei Aβ entsteht, das an GM1 gebunden ist. Das Aβ-Peptid ist im APP-Molekül genau dort lokalisiert, wo es auch zu erwarten ist, wenn man davon ausgeht, daß diese Region an ein Glycosphingolipid bindet. Eine weitere interessante Verbindung zu den Sphingolipid-Cholesterin-Flößen ist die kürzlich erhaltene Erkenntnis, daß Aβ an den Rezeptor für Glycanisierungsendprodukte bindet (Yan et al., Nature 382 (1996), 685-691), von denen festgestellt wurde, daß sie mit DIGs und Caveolen in Endothelzellen assoziieren (Lisanti et al., Developm. Biol. 6 (1995), 47-58).

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, daß die Verwendung cholesterinsenkender Mittel einen positiven Effekt auf die obengenannten Krankheiten ausübt. Dies beruht möglicherweise auf einer Verringerung der Zahl der Flöße in den Plasmamembranen und damit einer Verringerung der Anzahl an möglichen Ankerpunkten, an denen dann eine Konformationsänderung von Proteinen stattfindet.

Die erfindungsgemäße Erkenntnis, daß cholesterinsenkende Mittel sich positiv auf die Alzheimer'sche Krankheit oder Krankheiten, wie z. B. Creutzfeld-Jacob-Krank­ heit, auswirkt, läßt erstmals eine Behandlungsmöglichkeit entstehen, die an der Ursache der Krankheit angreift.

Des weiteren erscheint durch die erfindungsgemäße Verwendung cholesterinsenkender Mittel auch allgemein eine Einflußnahme auf Signaltransduktionsvorgänge von außen in Zellen möglich. Kürzlich konnte gezeigt werden, daß zahlreiche Proteine, die in Sphingolipid-Cholesterin-Flößen enthalten sind, in der Signaltransduktion eine wichtige Rolle spielen (Parton & Simons, Science 269 (1995), 1398-1399; Anderson, Proc. Natrl. Acad. Sci. USA 90 (1993), 10909-10913; Lisanti et al., Trends Cell Biol. 4 (1994), 231-235).

Durch die Entstehung von Sphingolipid-Cholesterin-Flößen wird auf der Zellmembran eine Subkompartimentierung bewirkt, die dazu führt, daß unterschiedliche Strukturen entstehen, also Flöße verschiedener Größe, und Zwischenräume ohne Floßstruktur.

Ohne Cholesterin ist die Floßbildung nicht möglich und insofern sind also viele Signaltransduktionsvorgänge abhängig von der Anwesenheit von Cholesterin. Beispielhaft für solche Vorgänge können genannt werden: Signaltransduktion über Heterotrimere G Proteine (Li et al., J. Biol. Chem. 270 (1995), 15693-15701), Ras (Song et al., J. Biol. Chem. 271 (1996), 9690-9697; Mineo et al., J. Bio. Chem. 217 (1996), 11930-11935) und Ceramide (Liu & Anderson, J. Biol. Chem. 270 (1995), 27179-27185).

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher die Verwendung cholesterinsenkender Mittel zur Beeinflussung von Singaltransduktionsvorgängen an der Zellmembran.

Claims (2)

1. Verwendung von cholesterinsenkenden Mitteln zur Prophylaxe oder Behandlung von Erkrankungen, die auf einer Konformationsänderung von Prionen beruhen, und von Alzheimer'scher Krankheit.

2. Verwendung von cholesterinsenkenden Mitteln zur Beeinflussung von Signaltransduktionsvorgängen an der Zellmembran.