Regulation der Autophagie und Ubiquitinierung durch ARHGAP33/NOMA-GAP während der normalen und pathologischen Entwicklung der Großhirnrinde.

• Antragstellerin: Professorin Dr. Marta de Rocha Rosário
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsneurobiologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung seit 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 246199359

Der zerebrale Neokortex verarbeitet höhere Hirnfunktionen wie kognitive Prozesse. Die exzitatorischen Neuronen des Neokortex besitzen hochentwickelte dendritische Bäume mit Dornen, die synaptische Verbindungen bilden. Defekte in der Reifung der dendritischen Bäume und ihrer Dornen beeinträchtigen die Konnektivität und Informationsverarbeitung und können zu neurologischen Störungen wie geistigen Behinderungen und Autismus-Spektrum-Störungen führen.In unseren Vorarbeiten haben wir das Signalprotein NOMA-GAP, das vom ARHGAP33-Gen kodiert wird, identifiziert. Der Verlust von NOMA-GAP führt zu vereinfachten dendritischen Bäumen mit unreifen Dornen und ist mit Autismus-ähnlichem Verhalten von Mäusen assoziiert. In einer Zusammenarbeit mit klinischen Genetikern haben wir erste Mutationen im menschlichen ARHGAP33-Gen aufgedeckt, die mit schwerer geistiger Behinderung assoziiert sind. Außerdem haben wir strukturelle Veränderungen innerhalb von Dendriten junger NOMA-GAP-defizienter Mäuse identifiziert, die bisher nur bei gealterten Nagetieren oder bei degenerativen Erkrankungen beobachtet wurden. Diese Autophagie-verknüpften Störungen stellen einen bisher unerkannten Mechanismus für die pathologische Entwicklung des Neokortex dar. Das Ziel des aktuellen Projekts ist die Identifikation zellulärer und molekularer Mechanismen, durch die NOMA-GAP die dendritische Reifung während der Entwicklung des Neokortex fördert. Unser erster Schritt ist die Identifikation des zellulären Mechanismus, der den Autophagie-Entwicklungsstörung zugrunde liegt. Wir werden die unterschiedliche Stadien dieses Prozesses der Protein/Membran abbau untersuchen, um die Funktion von NOMA-GAP und ihre Krankheitsvarianten aufzuklären.In einem zweiten Schritt bauen wir auf weiteren Vorarbeiten auf. Durch IP-Massenspektrometrie-Screens haben wir eine neue Funktion für NOMA-GAP in der Regulation der Ubiquitinierung identifiziert. Ubiquitinierung ist eine Proteinmodifikation, die die Funktion oder den Abbau von Proteinen ändert und Autophagy fördern kann. Wir werden die Interaktion zwischen NOMA-GAP und einem neuen Kandidatenmolekül, das an Ubiquitinierung beteiligt ist, untersuchen und die Konsequenzen ihrer Fehlregulierung für entwicklungsbedingte Autophagie und die dendritische Reifung analysieren. Hierzu werden wir Reporter-Assays, Live-Imaging, enzymatischen Assays und Ko-Lokalisationsstudien sowie Knockout Mauslinien (die defizient in der Expression dieses Kandidaten und/oder NOMA-GAP sind), in utero Elektroporation und Transfektion von primären Neuronen einsetzen. Zusätzlich werden wir eine IP-massenspektrometrischen Analyse der Veränderungen in der Proteinkomplexbildung und im Ubiquitom dieser Mäuse durchführen, um die funktionelle und molekulare Bedeutung der zellulären Veränderungen aufzudecken. Dieses Projekt wird unser Verständnis der Entwicklung des Neokortex vertiefen und einen neuen zellulären und molekularen Mechanismus für Neuroentwicklungsstörungen aufzeigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen