Characterization of the Cohen syndrome protein COH1 as a membrane-associated scaffold protein for intracellular transport processes in development and maintenance of neuronal cells

• Antragstellerin: Dr. Wenke Seifert
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 223309248

Intrazellulärer Transport ist essentiell für viele biologische Prozesse, wie z.B. für die Entwicklung und Erhaltung des Gehirns. Die besondere Leistungsfähigkeit des Gehirns bedarf der Differenzierung und Integrierung von Nervenzellen in ein komplexes Netzwerk. Die Untersuchung von genetisch bedingten neurologischen Erkrankungen stellt eine herausragende Möglichkeit dar, molekulare Mechanismen der Gehirnentwicklung zu definieren. Das autosomal rezessive Cohen-Syndrom ist hauptsächlich durch eine nichtprogressive mentale Retardierung in Kombination mit einer postnatalen Mikrozephalie charakterisiert und wird durch Mutationen im Gen COH1 (VPS13B) verursacht. COH1 kodiert ein Protein von 3997 Aminosäuren (450 kDa) Länge, welches eine partielle Homologie zu dem Hefe-Protein Vps13p aufweist.Kürzlich konnten wir für COH1 eine Funktion als Golgi-Apparat-assoziiertes Matrixprotein mit einer bedeutenden Rolle für den Erhalt der Morphologie und die Tubulierungsaktivität des Golgi-Apparates etablieren. Vorläufige Analysen zeigen, dass Coh1 als positiver Regulator während der Neuritogenese fungiert, dadurch lässt sich ein Defekt der neuronalen Differenzierung und Integrierung bei Cohen-Syndrom postulieren. Mittels initialen Co-Immunopräzipitationen konnten wir zeigen, dass COH1, ähnlich Vps13p, mit der Golgi-assoziierten GTPase RAB6 und der Guaninnukleotid-Austauschfaktor-Untereinheit RIC1 interagiert. Dieses Ergebnis impliziert einen funktionellen Komplex aus COH1, RAB6 und dem heteromeren Komplex RIC1/RGP1. Daraus lässt sich ableiten, dass ein Defekt des Golgi-assoziierten antero- und/oder retrograden Transports während der Differenzierung und Integrierung von Nervenzellen in Cohen-Syndrom vorliegt.Das geplante Projekt hat das Ziel, weitere funktionelle Interaktionspartner von COH1 mittels verschiedener biochemischer Analysen zu identifizieren und somit unser Verständnis von dem hier vorgeschlagenen COH1-RIC1/RGP1-RAB6 Komplex zu komplettieren. Die biochemischen Analysen werden funktionell durch die Untersuchung von Golgi-assoziierten Transportvorgängen and deren Einfluss auf Neuritogenese und Synaptogenese vervollständigt. Hierzu wird die Funktion von COH1, RAB6, RIC1 und RGP1 genetisch und zellbiologisch manipuliert und mittels hochauflösenden Bildtechniken studiert. Für fortführende Untersuchungen von Coh1 in vivo werden wir ein konditionelles knockout Mausmodell etablieren.Die aus diesem geplanten Projekt hervorgehenden Ergebnisse werden tiefgründige Einsichten in die molekulare Maschinerie von COH1 im Kontext von Golgi-Apparat und intrazellulärem Transport liefern. Die Kombination von biochemischen, genetischen und zellbiologischen Methoden gewährt die integrative Analyse unserer Resultate zur Formulierung eines Pathomechanismus für Cohen-Syndrom. Zugleich werden unsere Ergebnisse signifikant zum generellen Verständnis von Golgi-assoziiertem Transport für die neuronale Differenzierung und Integrierung beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen