Neue Funktionen von JNK in Neuronen: Wie JNK3 postsynaptische Gerüstproteine steuert

• Antragstellerin: Professorin Dr. Sarah A. Shoichet
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsneurobiologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 261102178

Wir haben bei Patienten mit geistiger Behinderung de novo Mutationen identifiziert, die zu einer Verkürzung des MAPK10 Gens führen, welches für die CNS-exprimierte Kinase JNK3 kodiert. Die trunkierten JNK3 Proteine zeigten keine normale Kinaseaktivität. Diese Tatsache unterstützt unsere Hypothese, dass der Verlust normaler JNK3-Kinaseaktivität zum Krankheitsbild der Patienten beiträgt und stellt die Basis für unsere Studien zu neuen Funktionen der JNK3 in Neuronen dar, die im Detail in diesem Antrag beschrieben werden. Neben der bisher unbekannten Interaktion von JNK3 mit mehreren krankheits-assoziierten, synaptischen Scaffoldproteinen (PSD-95, SAP102 sowie Proteine der Shank- und CRMP-Familie) konnten wir auch eine neue JNK-abhängige Phosphorylierungsstelle in SAP102 identifizieren. Mit den bereits generierten phosphorylierungs-spezifischen Antikörpern gegen die JNK-Phosphorylierungsstellen in SAP102 und PSD-95 werden wir den endogenen Phosphorylierungszustand unter verschiedenen Bedingungen in Neuronen untersuchen. Außerdem werden wir die Eigenschaften der JNK-PSD-95/-SAP102 Interaktionen bearbeiten und den Einfluss von JNK auf die Gerüstfunktion dieser Proteine untersuchen. Wir vermuten, dass eine JNK-abhängige Phosphorylierung dieser synaptischen Proteine für deren subzelluläre Lokalisation erforderlich ist - möglicherweise als Antwort auf synaptische Aktivität. Wenn JNK lokal PSD-95 und SAP-102 bindet und diese phosphoryliert, könnte es sein, dass spezifische Protein-Protein Interaktionen und die damit verbundene Signaltransduktion von diesem Vorgang beeinflusst werden. Wir werden den Einfluss der JNK-abhängigen Phosphorylierung von SAP102 auf dessen Bindungsverhalten zu anderen neuronalen Proteinen untersuchen, wie z. B. den SAP102-Interaktionspartner Nedd4, der mit der Monoubiquitinierung von SAP102 in Verbindung gebracht wird. Mit Hilfe von Photoaktivierungs- und bleichungs- Strategien werden wir außerdem den Einfluss der JNK-Regulation auf die Mobilität dieses Scaffoldmoleküls in den dendritischen Spines analysieren. Des Weiteren werden wir den Einfluss der JNK-Regulierung sowohl auf die Oberflächenexpression von AMPA-Rezeptoren als auch auf AMPAR- und NMDAR-vermittelte Ströme untersuchen. Für diese Experimente werden wir ein lentivirales System nutzen, um unsere Proteine in primären Neuronen zu exprimieren, und kommerziell-erhältliche, kleinmolekulare JNK-Inhibitoren. Zusätzliche werden wir unseren JIP1-JBD-Protein-Inhibitor in Neuronen verwenden, womit eine vollständige JNK-Inhibition in Zellkulturexperimenten möglich ist. Langfristig kann dieses Protein auch dafür verwendet werden, ein Mausmodell zu generieren, bei der nach einer Expressions-Induktion die JNK-Aktivität inhibiert werden kann. So könnte ein System erstellt werden, welches die Charakterisierung der JNK-abhängigen Regulation synaptischer Gerüstproteine in vivo ermöglicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Institution: Charité - Universitätsmedizin Berlin; Campus Charité Mitte; Neurowissenschaftliches Forschungszentrum