Gehirnatlas identifiziert Tausende übersehene Mikroproteine, viele davon bei Alzheimer verändert

Forschende haben Tausende kleiner Proteine im menschlichen Frontalkortex kartiert, die in gängigen Proteindatenbanken fehlen. Der in Nature Aging veröffentlichte Atlas zeigt, dass die Werte vieler dieser Mikroproteine bei Alzheimer verändert sind, und weist auf mögliche Funktionen bei der Genregulation und der zellulären Energieproduktion hin.

Mikroproteine bestehen typischerweise aus weniger als 150 Aminosäuren. Da sie kurz sind und innerhalb größerer Gene oder in deren Nähe codiert sein können, werden sie von gängigen Methoden und Datenbanken möglicherweise übersehen oder ihre Aktivität wird einem bekannteren Protein zugeschrieben.

Ein Team unter der Leitung von Brendan Miller und Alan Saghatelian vom Salk Institute for Biological Studies erstellte eine maßgeschneiderte Referenzdatenbank auf Grundlage von RNA-Sequenzierungen aus Gewebeproben von 12 postmortalen Gehirnen. Anschließend nutzte es diese Datenbank, um Massenspektrometriedaten aus 610 Gehirnproben zu untersuchen, und identifizierte zunächst 4.321 Mikroproteine. Mehr als 3.000 davon waren in gängigen, manuell überprüften Proteindatenbanken noch nicht katalogisiert.

Die Forschenden überprüften diese Ergebnisse anhand von Ribosomenprofilierungsdaten und verwendeten ein Deep-Learning-Verfahren, um die Massenspektrometrie-Belege zu bewerten. Dadurch erhielten sie 1.067 zuvor nicht überprüfte Mikroproteine, für deren Vorkommen im Gehirn starke Belege vorliegen.

Beim Vergleich von Proben symptomatischer Alzheimer-Erkrankter mit Proben von Menschen ohne Symptome fand das Team Dutzende Mikroproteine, deren Werte verändert waren. Ein vom BCL3-Gen abgeleitetes Mikroprotein war in Alzheimer-Proben weniger häufig, während ein mit RAB3C verbundenes Mikroprotein häufiger vorkam. In im Labor gezüchteten Mikroglia blieben beide Proteine stabil und befanden sich an bestimmten Stellen innerhalb der Zellen.

Etwa die Hälfte der Mikroproteine schien unabhängig von den größeren Genen reguliert zu werden, in deren Nähe sie codiert sind. In einigen Fällen veränderten sich die RNA-Werte von Mikroproteinen bei Alzheimer, obwohl die RNA-Werte des zugehörigen Hauptgens unverändert blieben. Die Forschenden brachten diese Trennung mit alternativem Spleißen in Verbindung, bei dem Zellen RNA-Abschnitte auf unterschiedliche Weise zusammensetzen, und identifizierten Muster in der Nähe von Spleißstellen, die zur Regulation des Prozesses beitragen könnten.

Das Team untersuchte außerdem ein von MKKS codiertes Mikroprotein. Obwohl gängige Datenbanken ein größeres Protein als Hauptprodukt des Gens aufführen, fanden die Forschenden heraus, dass im Frontalkortex das Mikroprotein das vorherrschende MKKS-Produkt war. Seine Werte waren in Gehirnen symptomatischer Alzheimer-Erkrankter niedriger, und seine Aktivität stand mit Genen in Verbindung, die an Mitochondrien beteiligt sind – den Zellbestandteilen, die Energie produzieren.

In Labor-Mikroglia entfernten die Forschenden mithilfe von CRISPR die DNA-Sequenz, die das MKKS-Mikroprotein hervorbringt, ohne das Hauptgen zu verändern. Bei einem Stresstest verbrauchten die veränderten Zellen weniger Sauerstoff, was darauf hindeutet, dass das Mikroprotein zur Zellatmung beiträgt.

Der Atlas weist auch auf Mikroproteine hin, die von Pseudogenen produziert werden – genetischen Sequenzen, die oft als inaktiv gelten. Ein Kandidat, der vom Pseudogen ACTBP7 abgeleitet ist, veränderte die Verteilung struktureller Fasern, wenn er in Labor-Mikroglia eingebracht wurde.

Die Ergebnisse zeigen nicht, dass veränderte Mikroproteinwerte Alzheimer verursachen. Stattdessen könnten die Veränderungen zelluläre Reaktionen auf Schäden oder Verschiebungen in der Regulation widerspiegeln. Die Forschenden weisen außerdem darauf hin, dass manche Proteine möglicherweise in Mengen vorkommen, die unter den derzeitigen Nachweisgrenzen der Massenspektrometrie liegen, und dass die Produktionswege vieler Mikroproteine noch kartiert werden müssen.

Quellen: PsyPost.