Funktionelle Bedeutung von CALEB/NGC für die Differenzierung von Dendriten, dendritischen Spines und den Aufbau von Synapsen
Final Report Abstract
CALEB/NGC, auch CSPG5 genannt, ist ein neurales Mitglied der EGF-Familie, welches die Komplexität von Dendritenbäumen reguliert, indem es verstärktes Dendritenverzweigen fördert, die Anzahl der dendritischen Dornen (Spines) erhöht und deren Morphogenese steuert. Für diese Ereignisse sind komplexe Zytoskelettreorganisationen notwendig. Prominente Regulatoren von Zytoskelettveränderungen sind die Mitglieder der Rho-Familie von kleinen GTPasen. Es wurde deshalb die funktionelle Bedeutung der neuronal hergestellten Rho GTPasen Rac1, Cdc42 und RhoG im Hinblick auf CALEB/NGC-vermittelte Dendritenbaumkomplexität untersucht. In diesem Zusammenhang ist für RhoG erstmalig die Rolle bei neuronaler Fortsatzdifferenzierung in primären Neuronen in Zellkultur und im nativen Mausgehirn analysiert worden. Es konnte gezeigt werden, dass Rac1, Cdc42 und RhoG auf unterschiedlichen Hierarchieebenen CALEB/NGC-vermittelte Dendritenbaumkomplexität beeinflussen. Die Rho GTPasen benötigen zur Aktivierung Guanin-Nukleotid-Austauschfaktoren (GEFs). Einer der bekannten Austauschfaktoren für Rac1 und Cdc42 ist das Protein alphaPIX, auch ARHGEF6 oder Cool-2 genannt. Bestimmte Mutationen von alphaPIX können sehr wahrscheinlich zu X-chromosomal gebundener mentaler Retardierung führen. In diesem Projekt konnte biochemisch eine Bindung von alphaPIX an CALEB/NGC gezeigt werden. In zellbiologischen Untersuchungen wurde gefunden, dass alphaPIX in komplexer Weise CALEB/NGC-vermittelte Dendritenbaumkomplexität und CALEB/NGC-vermittelte Spinogenese steuert. Bei dieser komplexen Steuerung, ein Spiegelbild der komplexen Regulation der GEF-Aktivität von alphaPIX, spielt vermutlich ein fein abgestimmtes Gleichgewicht von verschiedenen alphaPIX-Isoformen eine wichtige Rolle. Im Zeitfenster der Spinogenese wird CALEB/NGC in den dendritischen Dornen angereichert. Dies legt eine Beteiligung dieses Proteins nicht nur an der Spinogenese, sondern auch an der Synaptogenese nahe. Wir haben daher untersucht, ob CALEB/NGC eine funktionelle Bedeutung hat für die Regulation der Expression von wichtigen Ionenkanaluntereinheiten der exzitatorischen Synapsen. Die ermittelten Resultate belegen tatsächlich, dass CALEB/NGC die Expression einiger dieser Ionenkanaluntereinheiten reguliert. Interessanterweise treten dabei verschiedene CALEB/NGC-Isoformen als Gegenspieler auf, um während der Entwicklung und Reifung von Synapsen zeitlich passend die Expression der jeweils erforderlichen Ionenkanäle zu ermöglichen.
Publications
- (2012) miR-124-regulated RhoG reduces neuronal process complexity via ELMO/Dock180/Rac1 and Cdc42 signaling. EMBO J 31: 2908-2921
Franke K, Otto W, Johannes S, Baumgart J, Nitsch R, Schumacher S
(See online at https://doi.org/10.1038/emboj.2012.130) - (2013) miR-124-regulated RhoG: a conductor of neuronal process complexity. Small GTPases 4: 42-46
Schumacher S, Franke K
- Different roles of the small GTPases Rac1, Cdc42, and RhoG in CALEB/NGC-mediated dendritic tree complexity (J. Neurochem, Vol 139 Issue 1, October 2016, Pages 26-39)
Schulz J, Franke K, Frick M, Schumacher S
(See online at https://doi.org/10.1111/jnc.13735)
