Neurotransmitter Rezeptor assoziierte Funktionsstörungen: Molekulare Mechanismen und therapeuthische Möglichkeiten

• Applicant: Professorin Dr. Carmen Villmann
• Subject Area: Molecular Biology and Physiology of Neurons and Glial Cells
• Term: from 2011 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 193889590

• Final Report Year: 2017

Final Report Abstract

Das vorliegende Projekt beschäftigte sich mit dem modularen Aufbau des inhibitorischen Glycinrezeptors. In vitro können sich Glycinrezeptoren aus zwei für sich selbst funktionslosen Domänen zu einem funktionsfähigen Ionenkanal zusammen assemblieren. Diese funktionelle Domänenexpression wurde neben den Arbeiten zu murinen Domänen auch für humane in Patienten identifizierte verkürzte Glycinrezeptor alpha1 Untereinheiten gezeigt. Darüber hinaus war diese Funktionsergänzung auch möglich, wenn die Domänen aus unterschiedlichen Glycinrezeptoruntereinheiten stammten. Dies war jedoch nicht möglich, bei einer Koexpression von Glycinreptoruntereinheiten und Domänen des nahe verwandten GABAA/C Rezeptors. Die zwei Glycinrezeptordomänen waren in der intrazellulären Schleife zwischen den Transmembrandomänen (TM) 3 und 4 getrennt. Die Struktur dieser intrazellulären Schleife ist nicht vollständig aufgeklärt. Hier wurden basische Reste in der Nähe der Transmembrandomänen 3 und 4 als essentiell für die Expression und zur Formierung der TM3 sowie das Desensitisierungsverhalten des Ionenkanals bestimmt. Durch weitere Untersuchungen zur Sequenz der TM3-4 Schleife konnte ein intrazellulärer Bindepartner für die alpha1 Untereinheit identifiziert werden. Obwohl die in vitro Domänenkoexpression erfolgreich war, hatte diese Domänenkomplementation in vivo keinen Erfolg. Möglicherweise ist durch die Verkürzung des Proteins in der intrazellulären Schleife ein wichtiges Interaktionsmotiv der Proteinsequenz zerstört worden, so dass die alleine Domänenexpression zwar möglich aber die synaptische Lokalisation von einer Interaktion mit Bindepartnern abhängig ist. Weitere Studien sind notwendig, um die Funktion der intrazellulären Schleife komplett aufzuklären.

Publications

• The importance of TM3-4 loop subdomains for functional reconstitution of glycine receptors by independent domains. J Biol Chem. 2012, 287: 39205-15
  Unterer B, Becker CM, Villmann C
  
• Glycine receptor mouse mutants - model systems for human hyperekplexia, Br J Pharmacol 2013
  Schaefer N, Langlhofer G, Kluck CJ, and Villmann C
  
• Single Expressed Glycine Receptor Domains Reconstitute Functional Ion Channels without Subunit-Specific Desensitization Behavior. J Biol Chem. 2014, 289(42):29135-47
  Meiselbach H, Vogel N, Langlhofer G, Stangl S, Schleyer B, Bahnassawy L, Sticht H, Breitinger HG, Becker CM, Villmann C
  
• Disturbances of ligand potency and enhanced degradation of the human glycine receptor at affected positions G160 and T162 originally identified in patients suffering from hyperekplexia. Front Mol Neurosci. 2015, 8: 79
  Atak S, Langlhofer G, Schaefer N, Kessler D, Meiselbach H, Delto C, Schindelin H, Villmann C
  
• Disturbed neuronal ER-Golgi sorting of unassembled glycine receptors suggests altered subcellular processing is a cause of human hyperekplexia. J Neurosci 2015, 35: 422-37
  Schaefer N, Kluck CJ, Price KL, Meiselbach H, Vornberger N, Schwarzinger S, Hartmann S, Langlhofer G, Schulz S, Schlegel N, Brockmann K, Lynch B, Becker CM, Lummis SCR, Villmann C
  
• Length of the TM3-4 loop of the glycine receptor modulates receptor desensitization. Neurosci Lett. 2015, 600:176-81
  Langlhofer G, Janzen D, Meiselbach H, Villmann C
  
• The intracellular loop of the glycine receptor: It’s not all about the size. Front Mol Neurosci 2016, 9:41
  Langlhofer G, Villmann C