Editierung Glycin-Rezeptor alpha-spezifischer mRNAs unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Während der Förderperiode konnten posttranskriptionale Mechanismen an inhibitorischen Systemkomponenten (GlyR und Gephyrin) in Zusammenhang mit Temporallappenepilepsie (TLE) gebracht werden. Zunächst auffällig war die erhöhte Synthese (RNA-Editierung) von Messengern hochaffiner GlyR a2- und a3-Untereinheiten, die im Hippocampus eines Teils der untersuchten TLE-Patienten beobachtet wurde. Diese Patienten haben entweder ausgeprägte Gewebeschädigungen oder häufig (> 1x / Monat) sekundär generalisierte, bilaterale, tonisch-klonische Anfalle. Gesunde Menschen oder Patienten mit einem milderem Krankheitsverlauf hingegen stellen so gut wie keine hochaffinen GlyR her. Dies ist insofern beruhigend, als die Analyse der Rolle dieser Rezeptoren auf Zellebene einen Zusammenhang zwischen GlyR-vermittelter reduzierter neuronaler Aktivität und Glutamat-Exzitotoxizität herstellte. Im Gegensatz zu unseren urspünglichen Annahmen löst also die vermehrte Gegenwart hochaffiner Rezeptoren Neurodegeneration aus. Diese kann durch Antagonisten von ionotropen Glutamat-Rezeptoren verhindert werden. Zudem haben wir erkannt, dass die fehlerhafte Regulation des intrazellulären Chlorid-Spiegels maßgeblich an der pathophysiologischen Wirkung hochaffiner GlyR beteiligt ist. Charakteristischerweise sind TLE-Patienten von einer verringerten Synthese der Chlorid-Pumpe KCC2 betroffen, wodurch der intrazelluläre Chlorid-Spiegel höher als normal ist. Wird dieses Defizit an Chlorid-Extrusion durch KCC2-Expression ausgeglichen, kann Neurodegeneration verhindert werden. Somit ist KCC2 in ein neuroprotektives Licht gerückt worden. Unsere Erkenntnisse eröffnen also neue therapeutische Angriffspunkte. Ferner konnten unsere Untersuchungen einen Zusammenhang zwischen RNA-Spleißen von GlyR a2- und a3-Untereinheiten im Hippocampus und dem Schweregrad der TLE herstellen, wobei vermehrt a2B- und a3K-Messenger beobachtet wurden. Betroffen sind wiederum Patienten mit ausgeprägter Gewebeschädigung bzw. häufigen sekundär generalisierten, bilateralen, tonisch-klonischen Anfällen. Beide Vorgänge sind insofern pathophysiologisch relevant, als (i) Spleißen von a2B die Affinität RNA-editierter GlyR a2 nochmals erhöht und (ii) GlyR a3K vonwiegend an GABAergen hippocampalen Synapsen anzutreffen sind. RNA-editierte GlyR a3K sind GABA-empfindlich, wodurch eine synaptische Aktivierung die GABAergen Depolarisation im TLE-Hippocampus verstärken würde. Schließlich hat die Durchforstung unserer TLE-Hippocampus cDNA-Bank das postsynaptische Ankerprotein für GlyR und GABA(A)R, nämlich Gephyrin, in ein pathophysiologisches Licht gerückt. Durch Überspringen konstitutiv gespleißter Exone in der N-terminalen G-Domäne entstehen trunkierte Gephyrine mit dominant negativer Wiritung auf Molybdän-Cofaktor-Synthese und postsynaptische Gephyrin-Anhäufungen. Bemerkenswerterweise war in keinem der untersuchten TLE-Patienten ein genetischer GPHW-bezogener Hintergrund festzustellen. Vielmehr entstehen diese dominantnegativen Gephyrine infolge zellulären Stresses. Insgesamt haben unsere Arbeiten begonnen, eine Brücke zwischen Genom- und Proteom-Forschung zu schlagen, wobei posttranskriptionale Mechanismen an inhibitorischen Systemkomponenten als pathophysiologisch relevant identifiziert werden konnten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2006) Altered balance of glutamatergic/GABAergic synaptic input and associated changes in dendrite morphology after BDNF expression in BDNF-deficient hippocampal neurons. J Neurosci, 26:7189-7200
Singh B, Henneberger C, Betances D, Arevalo MA, Rodriguez-Tebar A, Meier JC, Grantyn R
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(2006) Protein kinases and synaptogenesis. In: Molecular Mechanisms of Synaptogenesis (Dityatev A, El-Husseini A, eds), PP 311-332. Springer Press
Meier JC
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Lardi-Studler B, Smolinsky B, Petitjean CM, Koenig F, Sidler C, Meier JC, Fritschy J-M, Schwarz G
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(2008) E-l Balance and human diseases - From molecules to networking. Front Mol Neurosci, 1:2
Eichler SA, Meier JC
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(2008) Glycineiyic tonic inhibition of hippocampal neurons with depolarizing GABAergic transmission elicits histopathological signs of temporal lobe epilepsy. J Cell Mol Med, 12:2848-2866
Eichler SA, Kirischuk S, Jüttner R, Schäfermeier PK, Legendre P, Lehmann T-N, Gloveli T, Grantyn R, Meier JC
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(2008) Splice-specific functions of gephyrin in molybdenum cofactor biosynthesis. J Biol Chem. 283:17370-17379
Smolinsky B, Eichler SA, Buchmeier S, Meier JC, Schwarz G
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(009) Transferrin receptor mediated iron accumulation controls proliferation and glutamate release in glioma cells. J Mol Med, 87:153-167
Chirasani SR, Markovic DS, Synowitz M, Eichler SA, Wisniewski P, Kaminska B, Otto A, Wanker E, Schäfer M, Chiarugi P, Meier JC, Kettenmann H, Glass R
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(2009) Translational regulation of the human achaete-scute homologue-1 (hASH1) by fragile X-mental retardation protein (FMRP). J Biol Chem, 284:4255-4266
Fähling M, Mrowka R, Steege A, Kirschner KM, Benko E, Förstera B, Persson PB, Thiele BJ, Meier JC, Scholz H
