Neuronale Funktion des Endozytose-Adaptors CALM bei der Sortierung von SNAREs und AMPARs

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Volker Haucke, Ph.D.; Professorin Dr. Tanja Maritzen
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 241672096

Das Funktionieren unseres Gehirns hängt von der korrekten Sortierung entscheidender Membranproteine ab. So müssen z.B. synaptische Vesikel (SV) Proteine nach der Neurotransmitter-Ausschüttung recycelt werden, um den SV Pool ständig wiederaufzufüllen und so die Neurotransmission aufrechtzuerhalten. Glutamatrezeptoren müssen in die postsynaptische Membran inseriert und wieder entfernt werden, um synaptische Plastizität und damit Lernen zu ermöglichen. Membranverankerte Enzyme wie die g-Sekretase und ihre Substrate, wie z.B. das Amyoid Vorläuferprotein APP, müssen definierten Transportrouten folgen, damit es nicht zu einer fehlerhaften Prozessierung kommt. Folglich führen Sortierfehler zu schweren neurologischen Erkrankungen von Epilepsie bis hin zu Alzheimer. Die Sortierung von Membranproteinen wird oft durch Adaptorproteine reguliert, die sie mit der endozytotischen Maschinerie verbinden. Die verwandten Proteine AP180 und CALM sind zwei solche Adaptoren mit lebenswichtigen Funktionen. In der ersten Förderperiode haben wir gezeigt, dass v.a. AP180 unabdingbar ist für das Recycling des SV Proteins VAMP2, das für die Fusion von SVs gebraucht wird. Die Deletion von AP180 depletiert VAMP2 in erster Linie von inhibitorischen SVs aufgrund ihrer hohen Recyclingrate, was zu einem Ungleichgewicht zwischen erregender und hemmender Neurotransmission, Epilepsie und vorzeitigem Tod führt. Während CALM ebenfalls zur VAMP2-Sortierung beiträgt, zeigen unsere Vorversuche, dass seine Rolle weit über das SV-Recycling hinausgeht, in Übereinstimmung damit, dass es zusätzliche VAMP-Proteine binden kann, auch postsynaptisch vorkommt und ein Risikofaktor für Alzheimer ist. So hat unsere erste Analyse von CALM Knockout (KO) Mäusen 3 markante Sortierfehler ergeben: (i) Veränderungen der Fusions-Proteine VAMP7/8, (ii) eine Fehllokalisierung von APP und (iii) eine Oberflächenakkumulation von Glutamatrezeptoren der AMPAR-Familie. Dementsprechend besteht das Ziel unseres Fortsetzungsantrages darin, (i) die Rolle von CALM beim VAMP7/8-Transport zu analysieren und die organismischen Folgen der VAMP7/8-Fehlsortierung zu entschlüsseln; (ii) den Mechanismus zu analysieren, der der Veränderung der APP-Lokalisation zugrunde liegt, und zu verstehen, wie der neuronale Verlust von CALM die Pathologie der Alzheimer-Krankheit beeinflusst; und (iii) aufzuklären, wie CALM die Sortierung von AMPARs mechanistisch ermöglicht und herauszufinden, wie der Verlust von CALM die postsynaptische Plastizität beeinflusst. Mit diesen Forschungslinien und einer Kombination aus Lebend-Zell- und hochauflösender Mikroskopie, Biochemie und Mausgenetik werden wir wichtige Fragen der Neurobiologie adressieren und das sich abzeichnende Paradigma untermauern, dass viele neurologische Erkrankungen wie Alzheimer letztendlich auf Transportdefekte zurückgehen. Unsere Forschung wird daher langfristig dazu beitragen, neue therapeutische Wege zur Behandlung von Hirnerkrankungen zu finden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen