Analyse der physiologischen APP Funktionen: als löslicher Ligand und/oder als synaptisches Zelladhäsionsmolekül

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Stefan Kins; Professorin Dr. Ulrike Müller
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 399233906

Neben seiner zentralen Rolle für die Alzheimerpathogenese kommt dem Amyloid Vorläuferprotein (APP) eine wichtige Funktion an der Synapse zu, die wir mittels Analyse von APP Knockout (KO)-Mäusen zeigen konnten. Während APP-KO Mäuse erst im Alter Defizite entwickeln, sterben Doppleknockoutmäuse, welchen neben APP auch das homologe APLP2 fehlt, kurz nach der Geburt. Dies deutet auf überlappende Funktionen der Genfamilienmitglieder hin. APP/APLP2-KOs zeigen Defizite des PNS und des ZNS, insbesondere eine gestörte Morphologie und Fehlfunktion neuromuskulärer Synapsen, eine reduzierte Dornendichte im Hippocampus, sowie Defizite in der Langzeitpotenzierung (LTP), die mit Störungen von Lernen und Gedächtnis einhergehen. Die zugrundeliegenden Mechanismen sind bislang nur sehr unvollständig verstanden. Eine der zentralen, unbeantworteten Fragen ist hierbei ob APP primär als synaptisches Adhäsionsprotein fungiert und/oder nach proteolytischer Spaltung der Ektodomäne vor allem als Ligand wirkt. So konnte gezeigt werden, dass APPs-alpha neuroprotektiv wirkt, neurogene, neurotrophe, und synaptotrophe Eigenschaften besitzt, und eine zentrale Rolle bei der synaptischen Plastizität spielt. Andererseits konnten wir und andere Forschungsgruppen zeigen, dass unprozessiertes volllängen APP (APP-FL) an der Prä- und Postsynapse vorliegt und dort vermutlich trans-Dimere ausbildet, die analog zu Neuroligin / Neurexin, als synaptische Zelladhäsionsmoleküle fungieren könnten. Diese adhäsiven Funktionen sind zwar durch in vitro Daten gestützt, bislang jedoch nicht in vivo validiert. Kürzlich haben wir APP Varianten generiert, die entweder sekretionsdefizient sind, und daher kein APPs sezernieren, oder keine Trans-Dimere ausbilden können. Mittels dieser Mutanten konnten wir in Zellkultur eindeutig zwischen APPs und APP Trans-Dimer abhängigen Funktionen differenzieren. Es sollen nun entsprechende APP Knockin-Mäuse als neue in vivo Modelle generiert werden, die analog entweder kein APPs sekretieren oder keine trans-Dimere ausbilden können. Mittels dieser APP-KI-Mäuse sollen die Konsequenzen einer fehlenden APP-Sekretion oder Trans-Dimerisierung für die Morphologie und Funktion von Synapsen des PNS und ZNS untersucht werden, insbesondere Effekte auf die Synaptogenese, die basale synaptische Transmission, die synaptische Plastizität, sowie Auswirkungen auf Verhalten und Kognition sollen hierbei analysiert werden. Zusammenfassend werden diese Untersuchungen eine klare Zuordnung erlauben, welche der spezifischen APP Funktionen über den sekretierten Liganden APPs oder über die Ausbildung von trans-synaptischen APP-Adhäsionskomplexen vermittelt werden. Dies wird zu einem besseren Verständnis des Wechselspiels von Prozessen der synaptischen Stabilisierung und Prozessen der synaptischen Remodellierung nach proteolytischer Spaltung beitragen. Darüber hinaus erwarten wir wichtige Erkenntnisse über mögliche Nebenwirkungen einer therapeutischen Inhibition der Sekretasen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen