Differenzierte Auswirkungen von posttranslationalen Modifikationen auf die Membraninteraktion des Huntingtin-Proteins

Die Huntington-Krankheit ist eine neurodegenerative Erkrankung, die durch eine erweiterte Polyglutaminsequenz nahe dem N-Terminus des Huntingtin (HTT)-Proteins verursacht wird, was das Protein anfälliger für Aggregation macht. Die ersten 17 Residuen in HTT (Nt17) interagieren mit Lipidmembranen und beherbergen mehrere posttranslationale Modifikationen (PTMs), die die HTT-Konformation und Aggregation modulieren können. In dieser Studie verwendeten wir eine Kombination aus biophysikalischen Studien und molekularen Simulationen, um die Wirkung von PTMs auf die Helizität von Nt17 in Gegenwart verschiedener Lipidmembranen zu untersuchen. Wir zeigen, dass anionische Lipide wie PI4P, PI(4,5)P2 und GM1 die helikale Struktur von unmodifiziertem Nt17 erheblich verstärken. Dieser Effekt wird durch einzelne Acetylierungsevents bei K6, K9 oder K15 abgeschwächt, während die Tri-Acetylierung an diesen Stellen die Nt17-Membraninteraktion aufhebt. Ebenso reduzierte die einzelne Phosphorylierung an S13 und S16 die, jedoch nicht beseitigte die durch POPG und PIP2 induzierte Helizität, während die doppelte Phosphorylierung an diesen Stellen die Nt17-Helizität erheblich verringerte, unabhängig von der Lipidzusammensetzung. Die Helizität von Nt17 mit Phosphorylierung an T3 ist unempfindlich gegenüber der Membranumgebung. Die Oxidation an M8 beeinflusst variabel die membrandotierte Helizität und hebt eine lipidgebundene Modulation der Nt17-Struktur hervor. Insgesamt zeigen unsere Ergebnisse differenzierte Effekte von PTMs und Wechselwirkungen zwischen PTMs auf die Membraninteraktion und die Konformation von HTT. Interessanterweise spiegeln die Effekte der Phosphorylierung an T3 oder der einzelnen Acetylierung an K6, K9 und K15 auf die Nt17-Konformation in Gegenwart bestimmter Membranen nicht wider, was in Abwesenheit von Membranen beobachtet wurde. Unsere Studien bieten neuartige Einblicke in die komplexe Beziehung zwischen Nt17-Struktur, PTMs und Membranbindung.