Regulatory mechanisms of dopamine synthesis; towards a therapeutic correction of catecholamine neurotransmiter deficiencies

Tyrosin hydroksylase (TH) er det viktigste enzym i syntesen av dopamin og andre katekolamin nevrotransmittere og en markør for dopaminerge neuroner. Mutasjoner i TH er forbundet med TH-mangel (THD), hvor sykdommen kan manifesteres som Dopa-responsiv dystoni (type A) eller som alvorlige forstyrrelser i hjernen som dukker opp rett etter fødselen (Type B). For å øke kunnskapen om THD og andre sykdommer assosiert med loss av dopamin (til dømmes Parkinson?s sykdom), har vi i dette prosjektet studert strukturen, funksjon og regulering av TH, inkludert effekten av interaksjonen av TH med membraner og andre proteiner (som 14-3-3). Vi har løst strukturen av TH og komplekset med 14-3-3, som regulerer TH aktivitet og stabilitet, og vi har også påvist assosiasjonen av TH med membraner som resulterer i økt membran stabilitet, protein aggregering og økt celledød. Dette hjelper å forstå rollen av TH i patogene mekanismer i THD og assosierte parkinsonismer og peker på terapier basert på medikamenter som reduserer direkte interaksjon av TH med membraner. Siden den mest hyppige humane mutasjon i THD er TH-p.R202H, som er assosiert med alvorlig parkinsonian fenotype som ikke responderer til L-Dopa behandling (Type B), har vi generert en musemodell -i samarbeid med Beat Thöny, Universitetet i Zürich ? med denne mutasjonen. Musen viser alvorlige motoriske feil knyttet til tapet av TH i striatum og progressiv reduksjon av dopamin i hjernen. Dermed representerer denne musen en robust modell for Type B THD-sykdom og en optimal plattform for evaluering av nye behandlingsformer for THD og Parkinson?s sykdom, rettet mot stabilisering av TH. Vi har brukt store kjemiske biblioteker for å finne forbindelser som stabiliserer TH (farmakologiske chaperoner) og vi har initiert utvikling av innovative terapier basert på medikamenter som øker levetid av TH i dopaminergiske neuroner.

Tyrosine hydroxylase (TH), catalyzes the hydroxylation of L-Tyr to dopa, the rate-limiting reaction in the synthesis of dopamine. TH is a marker for dopaminergic neurons, which are the first to degenerate in Parkinson's disease (PD), one of the most commo n neurodegenerative disease. In this project we will study the regulation of dopamine synthesis through of TH with its partners tetrahydrobiopterin, 14-3-3 and membranes. These molecular interactions modulate enzyme activity and stability. We will investi gate how misfolding mutations alter the interactions and will investigate the potential of innovative therapies aiming the pharmacological upregulation of TH activity in disorders of dopamine synthesis. The project is integrated in an interdisciplinary tr anslational research program including focus on i) genetic and biochemical profiling, ii) molecular level understanding of molecular interactions and function/dysfunction in TH, studied in parallel by structural biology and cellular biology/imaging, iii) high-throughput screening of pharmacological chaperones, and iv) characterization of relevant mice models of disease to aid both in understanding of mechanisms and probing the pharmacological potential of the chaperone compounds. The methodological compet ence and the expertise that have been put together by the applicant groups and collaborators, based on the common interest on the function of TH and its role in important neurological diseases, largely ensures that the aims will be fulfilled.