Regulation der spontanen und evozierten Freisetzung durch essentielle Proteine der synaptischen Vesikelfusion

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Rosenmund
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 543999006

Die schnelle und effiziente Übergang von Aktionspotentialen in synaptische Freisetzung von Neurotransmitter an der Synapse ist essentiell für die optimale Informationsverarbeitung im Gehirn. Ebenso wichtig ist es, dass spontane Vesikelfusion in Abwesenheit von elektrischer Aktivität möglichst gering bleibt, um das Signal-zu-Rauschverhalten an Synapsen zu optimieren. Unser Antrag möchte zu einem besseren Verständnis für die Mechanismen der Neurotransmitterfreisetzung durch eine systematische Struktur-Funktionsanalyse von essentiellen Proteinen der Neurotransmission beitragen. Unser Ansatz basiert auf aktuellen Modellen wie der von drei SNARE Proteinen gebildete Kernfreisetzungsapparat welcher mit Hilfsproteinen wie dem schnellen Kalziumsensor Synaptotagmin1 interagiert, um den Vesikelfusionsprozess nach der Stimulation schnell und effizient umzusetzen, während Spontanfusion auf ein Minimum reduziert bleibt. Dazu untersuchen wir in unserem ersten Arbeitspaket systematisch inwiefern individuelle SNARE Proteine neben ihrer eigentlichen Fusionsfunktion auch noch zusätzlich zur Modulation der Fusion in kultivierten Neuronen beitragen. Wir verwenden Schimäre von verwandten SNARE Proteinen die sich in der Vesikelfusionswirkung unterscheiden. Diese testen wir in neuronalen Synapses von kultivierten Mausneuronen bei den das Wildtypprotein durch molekulare Substutionsmethoden durch mutierte Versionen ersetzt wird. Die Modulation der einzelnen Vesikelfusionsprozesse werden mit Hilfe von elektrophysiologischen und elektronenmikroskopischen Methoden untersucht. Basierend auf diesen Daten werden wir einzelne an der Oberfläche des SNARE Komplexes liegende Aminosäuren mutieren um genauere Struktur-Funktionsbeziehungen zu identifizieren. Im zweiten Arbeitspaket werden wir strukturelle Informationen aus den publizierten SNARE-Synaptotagminkomplex nutzen, um spezifische Mutationen zu erstellen, um die funktionelle Rolle des Komplexes für die verschieden Phasen der Vesikelfusion zu testen. Weiterhin werden wir untersuchen ob Synaptotagmin7, das eng mit Synaptotagmin1 verwandt ist und modulierend auf die Vesikelfreisetzung, Vesikelpriming und Spontanfusion wirkt, essentiell von seiner Interaktion mit dem SNARE Komplex in seiner Funktion abhängt. Basierend auf unserem experimentellen Ansätzen und der Verwendung von Mausmodellen, sowie der engen Kollaboration mit Biochemikern und Biophysikern, werden unsere geplanten Experimente wichtige Beiträge zu dem Verständnis der Funktion des SNARE-Komplexes und daran bindenden Hilfsproteinen im speziellen und für die Rolle der Vesikelfusion in der neuronalen Kommunikation im allgemeinen beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen