Veränderungen präsynaptischer Membrankompartimente nach neuronaler Stimulation und während zirkadianer Rhythmik
Final Report Abstract
Synapsen sind Schlüsselstrukturen neuronaler Kommunikation. In Abhängigkeit von den Aktivitäten des Netzwerkes finden im adulten Gehirn Veränderungen sowohl in den präsynaptischen Terminalien auf der Ebene synaptischer Vesikel als auch an der postsynaptischen Membran statt. In einem Teil des Antrages wurden Veränderungen vesikulärer Proteine im Rahmen zirkadianer Rhythmik an einem Mausmodell untersucht. Es zeigte sich, dass die Mengen vesikulärer Glutamattransporter, VGLUT, auf synaptischen Vesikeln in Abhängigkeit von der Tageszeit variieren, bedingt durch einen tageszeitabhängigen Sortierungsprozess von VGLUT an die Plasmamembran. Konstante Dunkelheit oder Deletion des Uhrengens Period 2 verändem die Rhythmizität der Mäuse, was sich auch in Verschiebungen in der Oszillation vesikulärer VGLUT Mengen niederschlägt. Die Mengen des vesikulären GABA Transporters VGAT unterliegen keinem zirkadianen Rhythmus, VGAT wird allerdings in konstanter Dunkelheit weniger exprimiert. Die Mengen ubiquitärer synaptischer Vesikelproteine wie z.B. Synaptophysin (Syp) und Synaptobrevin (Syb) bleiben konstant. Allerdings unterliegt deren Interaktion der Tageszeit und hängt von Period 2 ab. In einem zweiten Teil wurden vesikuläre Proteine, die sich im Rahmen zirkadianer Rhythmik ändem, direkt an zellulären und subzellulären Systemen untersucht. Zur Untersuchung der Translokation von VGLUT an die Plasmamembran wurden zwei Zugänge erarbeitet. Zum einen zeigten Pull down Versuche mit GST-gekoppeltem Endophilin (SH3 Domäne) und mit den C-terminalen Sequenzen von VGLUTl und VGLUT2, dass Endophilin nur an VGLUTl, und dass VGLUT2 direkt an das Adapterprotein AP2 binden. Als Modell für die VGLUT2 Translokation wurde eine VGLUT2 exprimierende PC 12 Zelllinie charakterisiert. In PC 12-VGLUT2 Zellen kommt der Transporter auch an der Plasmamembran vor. Nur PC12-VGLT2 Zellen nehmen Natrium in Gegenwart von Phosphat auf, VGLUT2 wirkt also als Na/Phosphat Kotransporter. Die Syp/Syb Interaktion wurde mit neurotoxischen Phospholipasen (SPANs) wie Taipoxin und Paradoxin näher charakterisiert, die sich als wertvolle Modellsubstanzen herausstellten. SPANs und eine Erhöhung der Ca2+ Konzentration dissoziieren den Syp/Syb Komplex, wobei die SPAN Wirkung Ca2+ unabhängig ist. SPANs vermindern zudem die vesikuläre Neurotransmitteraufnahme. Zusammenfassend konnte am Beispiel vesikulärer Transmittertransporter und der Syp/Syb Interaktion eine tageszeitabhängige dynamische Regulation vesikuläre Proteine nachgewiesen werden. Die erarbeiteten Modellansätze gestatten erste Rückschlüsse auf zelluläre Mechanismen.
Publications
- (2006): Differential sorting of VGLUT1 into a defined vesicular pool is regulated by light signalling involving the clock gene Per2. J. Biol. Chem. 23:15671-9
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Hampp G, Ripperger JA, Houben T, Schmutz I, Blex C, Perreau-Lenz S, Brunk I, Spanagel R, Brunk I, Ahnert-Hilger G, Meijer J, Albrecht U
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Darna M, Schmutz I, Richter K, Höltje M, Yelamanchili SV, Pendyala G, Albrecht U, Ahnert-Hilger G
