Untersuchungen zum Vesikeltethering an der Stäbchen-Photorezeptor-Bandsynapse

• Antragsteller: Dr. Kaspar Gierke
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528821243

In der Retina von Säugetieren werden Lichtreize von den Stäbchen- und Zapfenphotorezeptoren detektiert und in Änderungen ihres Membranpotenzials umgewandelt. Diese Änderungen im Membranpotenzial lösen an den hochspezialisierten Bandsynapsen der Photorezeptoren eine Reiz-abhängige Freisetzung des Neurotransmitters Glutamat an der aktiven Zone (AZ) aus. So wird die Sehinformation zur weiteren Verarbeitung in das postrezeptorale Netzwerk der Retina eingespeist. Um die hohen Freisetzungsraten zu bewerkstelligen, besitzen die aktive Zonen der Photorezeptoren eine molekulare Erweiterung und Namensgeber dieser Synapsen: das synaptischen Band. Synaptische Bänder sind mit der aktiven Zone verankert, weisen eine plattenartige Struktur auf, und ragen einige hundert Nanometer in das Zytoplasma des synaptischen Terminals. Dort stehen sie über feine molekulare Filamente, den „tethern“, mit hunderten von synaptischen Vesikeln (SVs) in Kontakt. Aus welchen Molekülen diese tether bestehen und wie synaptische Vesikel entlang der tether zur AZ gelangen ist bis heute ungeklärt. Vor kurzem wurde in unserer Arbeitsgruppe das Protein Piccolino – eine Spleißvariante des aktive zone Proteins Piccolo – als ein Bestandteil synaptischer Bänder identifiziert. Im Laufe der Zeit vermehrten sich die Hinweise darauf, dass Piccolino als molekularer tether in Frage kommt: (i) In Piccolino-defizienten Photorezeptoren ist die Anzahl synaptischer Vesikel in direkter Nähe zu synaptischen Bändern deutlich verringert. (ii) Piccolino weist eine Orientierung entlang des synaptischen Bandes auf: der N-Terminus ragt in das Zytosol, während sich der C-Terminus direkt am synaptischen Band befindet. (iii) Zusätzlich weist der N-terminus von Piccolino eine starke Affinität zu Lipiden auf – ein möglicher Mechanismus für eine Interaktion zwischen Piccolino und synaptischen Vesikeln. Auf diesen Daten basiert die Hypothese, dass Piccolino der – oder einer der – tether an den synaptischen Bändern von Photorezeptoren ist. Im Rahmen dieses Projektes möchten wir die Hypothese wie folgt beantworten: (i) die molekularen tether sollen mit Hilfe von hochauflösender EM Tomographie sichtbar gemacht und in An- und Abwesenheit von Piccolino untersucht werden. (ii) mit Hilfe von biochemischen Experimenten möchten wir in diesem Projekt dazu beitragen, den zugrundeliegenden molekularen Mechanismus des Vesikel-tetherings aufzuklären. (iii) welchen Effekt die Abwesenheit von Piccolino auf die Funktion der Retina hat soll in vivo mit Hilfe von Elektroretinogrammen untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen