Molekulare Mechanismen und funktionelle Konsequenzen der Interaktion von Glutamatrezeptoren mit TARPs (transmembrane AMPA-Rezeptor-regulierende Proteine) und TARP-ähnlichen Proteinen
Final Report Abstract
Die Untersuchung der molekularen Mechanismen der Wirkung von TARPs und TARP-ähnlichen transmembranen Modulatoren auf Glutamatrezeptoren (GluRs) wurde in der Laufzeit des hier berichteten Projektes auf eine Fülle von Einzelprojekte aufgeteilt, wie an der Tatsache zu sehen ist, dass sich insgesamt 6 Bachelorarbeiten, 2 Masterarbeiten und 5 Doktorarbeiten mit Teilaspekten dieses Projekts befassten. Die wesentlichen Erkenntnisse, wegen ihrer Vielzahl hier nur stichwortartig zusammengefasst, waren folgende: Keine einzelne der 9 TARP-Domänen ist allein für die Modulation verantwortlich; nur 3 Domänen sind völlig verzichtbar (NTD, TMD1, In). Die Kombination aus Ex1 und CTD ist allein nicht ausreichend (Kotransplantation in γ1 generiert keine TARP-Funktion). Mehr als drei Domänen sind involviert - unklar, welche für Interaktion und welche für Modulation zuständig ist, oder ob es Doppelfunktionen gibt. Ex1 hat besondere Bedeutung: zwei Punktmutationen inaktivieren TARPs komplett. Die Markierung von TARPs durch Fluorophore für BiFC- und FRET-Anwendungen kann kritisch für die Funktion sein, je nach benutztem TARP-Terminus. BiFC-Messungen belegen, dass interessanterweise auch das non-TARP γ1 mit GluRs interagiert, aber eben nicht moduliert -> Modulation und Interaktion laufen über getrennte Domänen. Typ II-TARPs umfassen nur 2 Untereinheiten: γ5 und γ7. Letztere verhält sich in erster Näherung wie γ2; γ6 hingegen ist ein non-TARP wie γ1. Eine besondere Rolle spielt γ5, das eine interessante Abhängigkeit von der Edierstellen-Aminosäure des GluRs zeigt: die R-Variante mit geringer Leitfähigkeit wird potenziert, die Q-Variante mit hoher Leitfähigkeit wird reduziert. Die Funktionalität edierter GluRs kann damit posttranslational umgeschaltet werden. Die Versuche zeigen darüber hinaus, dass TARPs eindeutig die Edierstelle der GluRs "auslesen" -- obwohl diese tief im Inneren des Ionenkanals liegt. Die eng TARP-verwandte tight junction-Proteinfamilie der Claudine beinhaltet unerwarteterweise Mitglieder, die AMPARs positiv modulieren (Claudin-20 und -24) und dies in GluR-spezifischer Art und Weise tun. Andere GluRs scheinen unbeeinflusst zu bleiben. Wir konnten zeigen, dass Claudin-20 und -24 im CNS exprimiert werden. Es gibt 24 Claudine: eine Vielzahl weiterer GluR-Claudin-Kombinationen ist noch zu testen. Hinweise auf Hemmung durch bestimmte Claudine haben wir bereits gefunden. Claudine erweitern das Repertoir transmembraner GluR-Modulatoren. Nicht nur bestimmte γ-Untereinheiten des Calciumkanals modulieren GluRs sondern auch die α2δ-Untereinheit (aber nicht die β-Untereinheit): Herabregulierung des GluA1-Stroms in Xenopus-Oozyten und HEK293-Zellen, wobei die Dichte aktiver Ionenkanäle herabgesetzt war während Leitfähigkeit, Öffnungswahrscheinlichkeit und Desensitisierungs-konstante unverändert blieben. Eine Modulation des GluR-Transports kann bisher noch nicht kategorisch ausgeschlossen werden - zusätzlich zu oder an Stelle einer funktionellen Modulation.
Publications
- (2014). Auxiliary subunits: shepherding AMPA receptors to the plasma membrane. Membranes 4(3): 469-490
S.C. Haering, D. Tapken, S. Pahl, and M. Hollmann
(See online at https://doi.org/10.3390/membranes4030469) - (2014). Trafficking of kainate receptors. Membranes 4(3): 565-595
S. Pahl, D. Tapken, S.C. Haering, and M. Hollmann
(See online at https://doi.org/10.3390/membranes4030565) - (2014). Type-I TARPs promote dendritic growth of early postnatal neocortical pyramidal cells in organotypic cultures. Development 141(8): 1737-1748
M.I.K. Hamad, A. Jack, O. Klatt, M. Lorkowski, T. Strasdeit, S. Kott, C. Sager, M. Hollmann, and P. Wahle
(See online at https://doi.org/10.1242/dev.099697) - (2015). Identification and functional characterization of claudin subunits as new transmembrane AMPA receptor regulatory proteins. PhD Thesis, Ruhr University Bochum
Haering, Simon Chris
