Molekularer Mechanismus der neurotrophen Wirkung von C.botulinum C3 Exoenzym

• Applicant: Professorin Dr. Gudrun Ahnert-Hilger
• Subject Area: Molecular Biology and Physiology of Neurons and Glial Cells
• Term: from 2004 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5434792

Die bakteriellen C3-Proteine sind Exoenzyme, die die intrazellulären GTPasen RhoA, B und C durch ADP-Ribosylierung inaktivieren. Rho GTPasen sind sowohl die zentralen Regulatoren des Zytoskeletts und aktinabhängiger Zellfunktionen als auch Regulatoren von Transkriptionsfaktoren. Die C3-Proteine können sich nicht selbst in die Zielzelle einschleusen wie andere bakterielle Proteintoxine, sondern gelangen wahrscheinlich über unspezifische Pinozytose in die Zielzelle. In hippocampalen Primärkulturen fördern nanomolare Konzentrationen von C3 aus Clostridium botulinum (C3bot) sowie der enzymatisch inaktiven Mutanten C3bot E174A/Q axonales Wachstum, während C3-Isoformen aus Clostridium limosum (C3lim) und Staphylococcus aureus (C3stau) hierbei hemmend wirken. Dendritisches Wachstum wird dagegen ausschließlich von enzymatisch aktiven C3-Proteinen gefördert. Analog beschleunigt die Expression von dominant negativem RhoN-19 dendritisches und hemmt axonales Wachstum. Diese Daten belegen, 1. dass C3bot und das enzymatisch defiziente C3bot E174A/Q eine bisher unbekannte neurotrophe Wirkung besitzen, die nicht direkt von RhoA abhängt, 2. dass die Aktivierung von RhoA axonales Wachstum fördert, aber dendritisches hemmt. Im Rahmen des Antrags sollen die putative hochaffine Bindungsstelle für C3bot und seine Internalisierung an Neuronen, Gliazellen und neuralen Zelllinien charakterisiert werden. Es soll der Teil des C3bot-Moleküls identifiziert werden, der die neurotrophe Wirkung vermittelt. Letztlich soll geklärt werden, welche intrazellulären Rho-unabhängigen Signalkaskaden an der Wirkung von C3bot bzw. C3bot E174A/Q beteiligt sind. An Astrozyten, die besonders empfindlich im subnanomolaren Bereich auf enzymatisch aktives, aber nicht enzymdefizientes C3bot reagieren, soll geprüft werden, inwieweit Bindung und Internalisierung über ähnliche Mechanismen wie in Neuronen vermittelt werden. Um zwischen Rho-abhängigen und -unabhängigen Effekten von C3bot zu unterscheiden, sollen parallel die Funktionen von Rho-Proteinen auf axonales und dendritisches Wachstum untersucht werden. Letztendlich soll die neurotrophe Wirkung enzymatisch defizienter C3-Peptide charakterisiert werden, um ihren therapeutischen Einsatz bei neurodegenerativen Erkrankungen zu ermöglichen.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Person: Privatdozent Dr. Markus Höltje