Die AMP-Abhängige Protein-Kinase als ein Bindeglied zwischen Neuronalem Remodeling und Metabolismus

• Antragsteller: Dr. Sebastian Rumpf
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsneurobiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 389427334

Neuronale Morphogenese beruht sowohl auf progressiven Mechanismen wie Neuritenwachstum, als auch auf regressiven Prozessen wie die Degeneration von Neuriten. Solche degenerativen Prozesse werden auch als Pruning oder Neuronales Remodeling bezeichnet. Sensorische Neuronen von Drosophila-Larven verlieren ihre Dendriten zu Beginn der Puppenphase durch Pruning und sind ein ideales Modell zur Untersuchung von Pruning-Mechanismen. Dendritisches Pruning wird durch das Steroidhormon Ecdyson induziert und involviert den Abbau des dendritischen Zytoskeletts sowie schliesslich das Abbrechen der Dendriten. Ecdyson reguliert auch zelluläre Wachstums- und Stoffwechselprozesse, aber es ist nicht klar, ob und wie weit diese Prozesse das Pruning beeinflussen oder mit dem Pruning koordiniert werden müssen. Wir konnten kürzlich zeigen, dass zwei Kinasen der AMPK-Familie - Par-1/MARK und die AMP-aktivierte Protein-Kinase selbst - für Pruning benötigt werden. Par-1 wird für den lokalen Abbau des Zytoskeletts in Dendriten benötigt. Für AMPK zeigen unsere genetischen Daten, dass AMPK ein Bindeglied zwischen dem Neuronalen Remodeling und zellulären Stoffwechselprozessen darstellt, insbesondere der Translation und Energiemetabolismus. Im folgenden Projekt werden wir die regulatorischen Verbindungen zwischen Zellmetabolismus und Pruning untersuchen. Dazu werden wir (1) systematisch mit Hilfe von RNASeq und FRET-basierten Metabolitreportern die Änderungen des neuronalen Stoffwechsels zu Beginn der Puppenphase beschreiben; und (2) potentielle AMPK-Zielproteine in genetischen Modifier-Screens identifizieren. Solche AMPK-Zielproteine sollen dann in biochemischen Kinase-Assays als Phosphorylierungssubstrate bestätigt werden. Als Kandidaten für vorgeschaltete Regulatoren von AMPK konnten mehrere Phosphatasen und Kinasen identifiziert werden konnten. Diese Faktoren werden auf biochemische Interaktionen mit AMPK untersucht und es soll weiterhin untersucht werden, ob sie eine mögliche Verbindung zwischen AMPK und Ecdyson darstellen könnten. Diese Experimente werden interessante Einsichten in das Zusammenspiel von Stoffwechsel und neuronaler Konnektivität bringen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen