Protein secretion by proteolytic ectodomain shedding is a key biological process involved in physiology. Two members of the ‘A Disintegrin and Metalloproteinase (ADAM) family, ADAM10 and ADAM17, are major sheddases with ubiquitous expression patterns and over 100 described substrates. As such, they are involved in a multitude of pathophysiological processes. Therefore, targeting these proteases in disease conditions is considered a promising therapeutic approach. Deciphering the molecular consequences of proteolysis is crucial for understanding disease pathogenesis and the discovery of novel therapeutic opportunities. In this doctoral thesis, I explore proteolytic events in the context of Alzheimer’s disease (AD) and COVID-19. In the first part of this thesis, I investigate the consequence of ADAM17 loss of function in microglia using mass-spectrometry-based proteomics, and discover that the triggering-receptor on myeloid cells (TREM2), which is a genetic risk factor for late-onset AD, is majorly controlled by the IRHOM2/ADAM17 shedding machinery, thereby providing a plausible mechanistic explanation for why genetic associations of ADAM17 and IRHOM2 could alter disease onset. The sudden onset of the SARS-CoV-2 pandemic has shifted global research efforts to the study of the SARS-CoV-2 receptor angiotensin-converting-enzyme 2 (ACE2), which is known to undergo ADAM17-dependent ectodomain shedding. However, the involvement of ADAM17 in SARS-CoV-2 disease pathogenesis is largely unclear. In the second part of this thesis, using a variety of biochemical and virological techniques, I discover that, in addition to the already known cellular entry routes, there is also a metalloprotease-dependent pathway. Moreover, I made the surprising observation that ADAM metalloproteases can directly cleave the spike protein of the coronavirus, triggering pathological lung cell fusion. In conclusion, this thesis provides an explanation for the increased risk posed by (epi-) genetic variants of IRHOM2 and ADAM17, as they significantly influence the cleavage of TREM2. Furthermore, I have identified ADAM10 and ADAM17 as significant host factors for COVID-19, deciphering new crucial biological concepts in the fields of protease and coronavirus biology.      «

Protein secretion by proteolytic ectodomain shedding is a key biological process involved in physiology. Two members of the ‘A Disintegrin and Metalloproteinase (ADAM) family, ADAM10 and ADAM17, are major sheddases with ubiquitous expression patterns and over 100 described substrates. As such, they are involved in a multitude of pathophysiological processes. Therefore, targeting these proteases in disease conditions is considered a promising therapeutic approach. Deciphering the molecular conseq...     »

Die Sekretion von Proteinen durch proteolytische Abspaltung der extrazellulären Domäne ist ein grundlegender physiologischer Vorgang. Zwei bedeutende Mitglieder der "A Disintegrin and Metalloproteinase (ADAM)"-Familie, ADAM10 und ADAM17, sind bedeutende “Sheddasen”, die in der Mehrheit der menschlichen Zellen exprimiert sind und über 100 beschriebenen Substrate besitzen. Daher sind sie an einer Vielzahl von pathophysiologischen Vorgängen beteiligt. Das Entschlüsseln der molekularen Konsequenzen dieser proteolytischen Prozesse ist daher entscheidend für das Verständnis der Krankheitspathogenese und für die Entdeckung neuer therapeutischer Möglichkeiten. In dieser Doktorarbeit vertiefe ich mich in die Untersuchung proteolytischer Ereignisse im Kontext der Alzheimer-Krankheit (AD) und der COVID-19 Erkrankung. Unter Einsatz von massenspektrometrischer Proteomik untersuche ich die Konsequenzen einer ADAM17-Funktionsstörung in Mikroglia und entdecke dabei, dass die Proteolyse des triggering-receptor on myeloid cells (TREM2), der ein genetischer Risikofaktor für die Alzheimer-Krankheit ist, hauptsächlich von IRHOM2/ADAM17- kontrolliert wird. Damit liefere ich eine plausible mechanistische Erklärung dafür, warum genetische Assoziationen von ADAM17 und IRHOM2 den Krankheitsbeginn verändern können. Der plötzliche Ausbruch der SARS-CoV-2-Pandemie hat die globalen Forschungsbemühungen auf die Untersuchung des SARS-CoV-2-Rezeptors Angiotensin-Converting-Enzym 2 (ACE2) gelenkt, von dem bekannt ist, dass dieser ADAM17-abhängig gespalten wird. Die Beteiligung von ADAM17 an der Krankheitspathogenese von SARS-CoV-2 ist jedoch weitgehend unklar. Mit verschiedenen biochemischen und virologischen Techniken entdecke ich, dass es neben den bereits bekannten zellulären Eintrittswegen auch einen Metalloprotease-abhängigen Weg gibt. Eine überraschende Beobachtung war außerdem, dass ADAM-Metalloproteasen das Spike-Protein des Coronavirus direkt spalten können, mittels derer die pathologische Fusion von Lungenzellen ausgelöst wird. Zusammenfassend liefert diese Arbeit eine Erklärung für das erhöhte Risiko, das durch (epi-) genetische Varianten von IRHOM2 und ADAM17 verursacht wird, da sie die Spaltung von TREM2 erheblich beeinflussen. Darüber hinaus habe ich ADAM10 und ADAM17 als bedeutende Wirts-Faktoren für COVID-19 identifiziert und dabei neue, biologische Konzepte in den Bereichen der Protease- und Coronavirus-Biologie erarbeitet.      «

Die Sekretion von Proteinen durch proteolytische Abspaltung der extrazellulären Domäne ist ein grundlegender physiologischer Vorgang. Zwei bedeutende Mitglieder der "A Disintegrin and Metalloproteinase (ADAM)"-Familie, ADAM10 und ADAM17, sind bedeutende “Sheddasen”, die in der Mehrheit der menschlichen Zellen exprimiert sind und über 100 beschriebenen Substrate besitzen. Daher sind sie an einer Vielzahl von pathophysiologischen Vorgängen beteiligt. Das Entschlüsseln der molekularen Konsequenzen...     »