title: β-Sekretase BACE1 interagiert nichtproteolytisch über eine extrazelluläre Bindungsstelle mit dem Kaliumkanalkomplex KCNQ1/KCNE1
title: Untersuchung der Interaktion von BACE1 mit spannungsabhängigen Ionenkanälen
titleType: AlternativeTitle
Creators: name: Bienert, Julia Valeska
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2024
Subjects: subject: BACE1
subject: KCNQ1/E1
subject: Spannungsabhängige Ionenkanäle

description: In dieser Arbeit wird BACE1 als integraler Bestandteil des KCNQ1/E1-Komplexes etabliert. Durch elektrophysiologische Messungen konnte nicht nur ein Effekt für BACE1 beobachtet werden, sondern auch eine additive Wirkung zu der bekannten β Untereinheit KCNE1. Dies bedeutet, dass BACE1 die Funktion einer kanonischen Untereinheit im KCNQ1/E1-Kanalkomplex einnehmen kann. Eine weitere Konsequenz aus der Additivität der Effekte ergibt sich darin, dass es für BACE1 eine andere Bindungsstelle im Kanalkomplex geben muss als diejenige, über die KCNE1 mit dem Kanal interagiert. Die genaue Stöchiometrie zwischen KCNQ1 und KCNE1 ist dabei zwar noch nicht endgültig geklärt, die Argumente für eine 4:4 Konformation überwiegen. Dabei herrscht generelle Einigkeit darüber, dass KCNE1 über die Transmembrandomäne an den KCNQ1-Kanal bindet. In dieser Arbeit wird durch Kombinatorik gezeigt, dass die β-Sekretase über ihre Extrazellulärdomäne das Schaltverhalten des KCNQ1 moduliert. Im Hinblick auf bislang bekannte molekulare Mechanismen, die das Schaltverhalten ausschließlich durch Interaktion am intrazellulären C-Terminus beeinflussen, wird deutlich, dass es sich hierbei um ein neues Interaktionsmodell handelt: An einen mit bis zu vier KCNE1-Untereinheiten besetzten KCNQ1-Kanal - welche ihrerseits über die jeweiligen Transmembrandomänen interagieren - könnten zusätzlich bis zu vier BACE1-Molküle binden. Dies ist möglich, indem BACE1 mit einer bislang unbeschriebenen Bindungsstelle im Bereich der Extrazellulärdomäne oder im Bereich der Kanalpore interagiert und so die gleichzeitige Bindung von KCNE1 über die Transmembrandomäne erlaubt. Dieses strukturelle Wechselspiel sollte zukünftig durch Experimente zur Dynamik der Zusammenlagerung, dem Einfluss des Zellstoffwechsels sowie durch kleinschrittigere Untersuchung der Bindungsstelle am KCNQ1 und allosterische Effekte ergänzt werden.
description: In this work, BACE1 is established as an integral component of the KCNQ1/E1 channel-complex. Electrophysiological measurements revealed not only an effect of BACE1, but also an additive effect to that of the known β-subunit KCNE1. This implies that BACE1 may assume the function of a canonical subunit in the KCNQ1/E1 channel complex. Another consequence of this additivity of effects is that there must be a different binding site for BACE1 than the one through which KCNE1 interacts with the channel. Although the exact stoichiometry between KCNQ1 and KCNE1 has not yet been finally clarified, though arguments in favor of a 4:4 conformation are accumulating. There is general consensus that KCNE1 binds via the transmembrane domain of KCNQ1. In this thesis, we show by combination of exchanged domains that BACE1 modulates the gating of KCNQ1 via the ECD. Considering that molecular mechanisms described so far influence channel gating of KCNQ1 exclusively through interaction with its intracellular C-terminus, it becomes clear that here a novel interaction model is presented: Up to 4 BACE1 molecules could potentially bind to a KCNQ1 channel associated with up to 4 KCNE1 subunits - which in turn interact via their respective transmembrane domains. This is enabled by BACE1 interacting with a previously undescribed binding site in the extracellular domain or pore region of KCNQ1, allowing simultaneous binding of KCNE1 via the transmembrane domain. This structural interplay should be complemented in the future by experiments on the dynamics of assembly, the influence of cellular metabolism, precise investigation of the binding site at KCNQ1 as well as allosteric effects.