Vergleichende Untersuchung zum Ektodomain-Shedding von Oberflächenproteinen der ACE2-Proteinfamilie

Webers, Maria; Müller-Newen, Gerhard; Ludwig, Andreas

doi:44866

Vergleichende Untersuchung zum Ektodomain-Shedding von Oberflächenproteinen der ACE2-Proteinfamilie

Webers, Maria^RWTH*

2025 & 2026

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Maria Webers

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2025

Umfang1 Online-Ressource

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2025

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2026

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Ludwig, Andreas (Thesis advisor)^RWTH* ; Müller-Newen, Gerhard (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2025-10-20

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2025-08888
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1020300/files/1020300.pdf

Einrichtungen

Institut und Lehr- und Forschungsgebiet für Molekulare Pharmakologie (528500-4 ; 923420)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
ACE (frei) ; ACE2 (frei) ; RAAS (frei) ; ectodomain-shedding (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde der zelluläre Prozess des Ectodomain-Shedding von ACE2, ACE1 und TMEM27 durch die Proteasen ADAM10, ADAM17 und BACE2untersucht. Die Freisetzung der Oberflächenproteinen spielt sowohl in physiologischen als auch pathologischen Prozessen eine Rolle. ACE2 und ACE1 fungieren unter anderem als Regulationsproteine im RAAS-System, welches für Blutdruck- und Elektrolytregulation mitverantwortlich sind. TMEM27 und ACE2 stabilisieren Aminosäuretransporter vor allem innerhalb der Niere und des Darms. Auf Grund der genetischen Strukturverwandtschaft von ACE2, ACE1 und TMEM27ergibt sich die Fragestellung, welches überlappende Proteasespektrum aus ADAM10, ADAM17 und BACE2 sich jeweils für die Proteinfreisetzung ergibt. Mittels pharmakologischer oder genetischer Inhibition der Proteasen konnten die konstitutiv relevanten Proteasen des jeweiligen Proteins identifiziert werden. In der konstitutiven Freisetzung erwies sich ADAM10 einerseits für ACE2 andererseits zum ersten Mal für ACE1 als wichtige Sheddase. ACE1 ist im direkten Vergleich zu ACE2 ein besseres ADAM10-Substrat, da es zu einem größeren Anteil freigesetzt wird. ADAM17 schneidet ebenfalls ACE2 und ACE1, dies hat jedoch mehr Relevanz in induzierter Freisetzung. TMEM27 wird kaum von ADAM10 und -17 geschnitten. Stattdessen ist BACE2 die entscheidende Sheddase von TMEM27. BACE2 schneidet aber auch ACE2. TMEM27 wird jedoch um ein Vielfaches stärker von BACE2freigesetzt als ACE2. ACE1 wird nicht von BACE2 geschnitten. Damit ergibt sich eineindeutiger Unterschied im Substratspektrum von ADAM10 /-17 und BACE2.Die Verwendung der ACE2-Varianten, bei der die C-terminale, membranproximalen Regionen von ACE2 entweder mit den entsprechenden Teilen des Transmembranproteins CD4 oder TMEM27 ausgetauscht wurde, zeigte dass die membrannahe Region die Sensitivität gegenüber einer Sheddase mitbestimmt. Gleichzeitig scheinen aber auch Strukturdeterminanten außerhalb dieser Region die Affinität der Sheddasen zu beeinflussen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Erkenntnisse über das Substratspektrum der getesteten Sheddasen in Bezug auf die Proteine ACE2, ACE1 und TMEM27 wichtige Einblicke in den molekularen Mechanismus der Freisetzung dieser Proteine liefern.

This doctoral thesis investigated the cellular process of ectodomain shedding of ACE2, ACE1 and TMEM27 by the proteases ADAM10, ADAM17 and BACE2. The release of surface proteins plays a role on both physiological and pathological processes. ACE2 and ACE1function as regulatory proteins in the RAAS system, which are responsible for blood pressure and electrolyte regulation. TMEM27 and ACE2 stabilize amino acid transporters primarily within the kidney and intestine. Due to the genetic structural relationship of ACE2, ACE1 and TMEM27, the question arises as to which overlapping protease spectrum of ADAM10, ADAM17 and BACE2 results for protein release. Pharmacological or genetic inhibition of the proteases was used to identify the constitutively relevant proteases of the respective protein. In constitutive release, ADAM10 proved to be an important sheddase for ACE2 on the one hand and for the first time for ACE1 on the other. ACE1 is a better ADAM10 substrate indirect comparison to ACE2, as it is released to a greater extent. ADAM17 also sheds ACE2and ACE1, but this is more relevant in induced release. TMEM27 is barely shed by ADAM10and -17. Instead, BACE2 is the crucial sheddase of TMEM27. BACE2 also sheds ACE2. However, TMEM27 is released more by BACE2 than ACE2. ACE1 is not shed by BACE2. This results in a clear difference in the substrate spectrum of ADAM10/-17 and BACE2.The use of the ACE2 chimera, in which the C-terminal, membrane-proximal regions of ACE2were exchanged with either the corresponding parts of the transmembrane protein CD4 orTMEM27, showed that the membrane-proximal region codetermines the sensitivity to a sheddase. At the same time, structural determinants outside this region also appear to influence the affinity of the sheddases. In summary, the findings on the substrate spectrum of the sheddases tested in relation to theACE2, ACE1 and TMEM27 proteins provide important insights into the molecular mechanism of the release of these proteins.

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