Molekulare Mechanismen und funktionelle Konsequenzen der Interaktion von Glutamatrezeptoren mit TARPs (transmembrane AMPA-Rezeptor-regulierende Proteine) und TARP-ähnlichen Proteinen

• Applicant: Professor Dr. Michael Hollmann
• Subject Area: Molecular Biology and Physiology of Neurons and Glial Cells
• Term: from 2006 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 30450555

lonotrope Glutamatrezeptoren (GluRs) sind die wichtigsten exzitatorischen Neurotransmitterrezeptoren des ZNS der Säugetiere. Bisher wurden 18 verschiedene Untereinheiten identifiziert, die sich in vier Unterfamilien einteilen lassen (Hollmann und Heinemann, 1994; Hollmann, 1999; Dingledine et al., 1999). Drei dieser Unterfamilien werden durch ihre potentesten Agonisten pharmakologisch definiert und stellen die Mehrzahl der Glutamatrezeptoren im ZNS: AMPA-, Kainat-, NMDA-Rezeptoren. Im Gegensatz zu NMDA-Rezeptoren unterliegen AM P A-Rezeptoren einem schnellen periodischen Umsatz (cycling) an der Synapse. Die Familie der TARPs spielt für diesen Prozess eine wichtige Rolle. Im hier beantragten Projekt sollen die für die Interaktion zwischen AMPA-Rezeptoren und TARPs relevanten Domänen identifiziert werden. Mittels Konstruktion von trunkierten Rezeptoren und Rezeptorchimären aus unterschiedlichen pharmakologischen Unterfamilien kann die Relevanz bestimmter Domänen für die Interaktion schnell und eindeutig in den von uns verwendeten heterologen Expressionsystemen untersucht werden. Ein weiterer Schwerpunkt in diesem Projekt ist die Beschreibung der molekularen Abläufe beim Oberflächentransport sowie die systematische Analyse der Modulation der elektrophysiologischen Eigenschaften aller bekannten AMPA-Rezeptoruntereinheiten sowie deren Spleiß- und Ediervarianten durch die vier bisher bekannten TARPs in heterologen Expressionssystemen (Xenopus laews-Oozyten und HEK293-Zellen). Zudem soll ein bislang nur unzureichend behandelter Aspekt, der differentielle Einfluss der vier verschiedenen TARPs auf die elektrophysiologischen und pharmakologischen Eigenschaften der AMPA-Rezeptoren, im Detail untersucht werden, insbesondere in Bezug auf Desensitisierungsverhalten, lonenpermeabilität und Spannungsabhängigkeit. Zusätzlich werden wir die direkte Interaktion von Rezeptoren und TARPs mittels konfokaler Mikroskopie an transient transfizierten HEK293-Zellen untersuchen, mit dem Ziel sie durch FRET-Analysen nachzuweisen. Ein zusätzlicher wichtiger und besonders interessanter Aspekt unseres Projektes ist die Suche nach unbekannten, funktionell den TARPs verwandten aber mit ihnen nicht sequenzhomologen Proteinen mit Hilfe der in unserem Labor etablierten Methode der Expressionsklonierung (siehe Kapitel 3.2.7). Dies ermöglicht uns, bislang unbekannte potentielle Transportproteine für andere pharmakologische Klassen der Glutamatrezeptoren zu identifizieren und nachfolgend zu charakterisieren.

• DFG Programme: Research Grants