Analysis of the protein nano-environment of voltage-activated N-type Ca2+ channels Cav2.2 in the brain
Final Report Abstract
In diesem Projekt sollten Aufbau und Organisation der Proteinumgebung der spannungsgesteuerten Cav2.2 (oder N-Typ) Kalzium-Kanäle untersucht, sowie Protein-Protein Wechselwirkungen analysiert werden, die der Ca2+-vermittelten Signalgebung dieser Kanäle zugrunde liegen. Unter Anwendung neu entwickelter Verfahren zur biochemischen/proteomischen, ultrastrukturellen und funktionellen Untersuchung konnten wir zeigen, dass Cav2.2 Kanäle bimolekulare Komplexe mit den Enzymen NO-Synthase und Proteinkinase Cb, sowie mit den G-Protein-gekoppelten GABAB Rezeptoren bilden. Die dadurch gebildeten Cav-NOS und Cav-PKC Superkomplexe fungieren als 'Kalzium-Nanodomänen', in denen der Kalziumkanal die Enzyme mit ausreichend Kalzium versorgt (≥ 10 µM), um ihre effiziente und schnelle Aktivierung während eines Aktionspotentials oder Serien von Aktionspotentialen zu garantieren. Die direkte molekulare Anbindung an die GABAB Rezeptoren erklärt erstmals die in vielen Neuronen beobachtete äußerst zuverlässige Steuerung der Cav2.2 Kanäle durch diese metabotropen Rezeptoren. Des Weiteren konnten wir mittels Immuno-EM an Gefrierbrüchen zentraler Neuronen zeigen, dass Cav2 Kanäle in den präsynaptischen Terminalen als ‚Cluster’ angeordnet sind, wie wir es ursprünglich als Ergebnis unserer umfassenden Proteom-Analysen postuliert hatten. Als technische Weiterentwicklung zur quantitativen Untersuchen der räumlichen und zeitlichen Dynamik der Verteilung von Proteinkomplexen und –netzwerken, sowie zu ihrer Ausbildung haben wir das Verfahren der ‚Mikro-Proteomik’ etabliert.
Publications
- (2017) AMPA-receptor specific biogenesis complexes control synaptic transmission and intellectual ability. Nature communications 8 15910
Brechet, Aline; Buchert, Rebecca; Schwenk, Jochen; Boudkkazi, Sami; Zolles, Gerd; Siquier-Pernet, Karine; Schaber, Irene; Bildl, Wolfgang; Saadi, Abdelkrim; Bole-Feysot, Christine; Nitschke, Patrick; Reis, Andre; Sticht, Heinrich; Al-Sanna'a, Nouriya; Rol
(See online at https://doi.org/10.1038/ncomms15910) - (2017) Neuroplastin and Basigin Are Essential Auxiliary Subunits of Plasma Membrane Ca2+-ATPases and Key Regulators of Ca2+ Clearance. Neuron 96 (4) 827-838.e9
Schmidt, Nadine; Kollewe, Astrid; Constantin, Cristina E.; Henrich, Sebastian; Ritzau-Jost, Andreas; Bildl, Wolfgang; Saalbach, Anja; Hallermann, Stefan; Kulik, Akos; Fakler, Bernd; Schulte, Uwe
(See online at https://doi.org/10.1016/j.neuron.2017.09.038) - (2014). Auxiliary GABAB receptor subunits uncouple G protein bg subunits from effector channels to induce desensitization. Neuron 82, 1032-1044
Turecek, R., Schwenk, J., Fritzius, T., Ivankova, K., Zolles, G., Adelfinger, L., Jacquier, V., Besseyrias, V., Gassmann, M., Schulte, U., et al.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.neuron.2014.04.015) - (2014). Cornichon2 dictates the time course of excitatory transmission at individual hippocampal synapses. Neuron 82, 848-858
Boudkkazi, S., Brechet, A., Schwenk, J., and Fakler, B.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.neuron.2014.03.031) - (2014). More than a pore: ion channel signaling complexes. J Neurosci 34, 15159-15169
Lee, A., Fakler, B., Kaczmarek, L.K., and Isom, L.L.
(See online at https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.3275-14.2014) - (2014). Regional diversity and developmental dynamics of the AMPA-receptor proteome in the mammalian brain. Neuron 84, 41-54
Schwenk, J., Baehrens, D., Haupt, A., Bildl, W., Boudkkazi, S., Roeper, J., Fakler, B., and Schulte, U.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.neuron.2014.08.044) - (2015). Inhibitory and excitatory axon terminals share a common nanoarchitecture of their Cav2.1 (P/Q-type) Ca2+ channels. Front Cell Neurosci 9, 315
Althof, D., Baehrens, D., Watanabe, M., Suzuki, N., Fakler, B., and Kulik, A.
(See online at https://doi.org/10.3389/fncel.2015.00315) - (2016). Modular composition and dynamics of native GABAB receptors identified by high-resolution proteomics. Nat Neurosci 19, 233-242
Schwenk, J., Perez-Garci, E., Schneider, A., Kollewe, A., Gauthier-Kemper, A., Fritzius, T., Raveh, A., Dinamarca, M.C., Hanuschkin, A., Bildl, W., et al.
(See online at https://doi.org/10.1038/nn.4198) - (2017). Identification of Cav2-PKCb and Cav2-NOS1 complexes as entities for ultrafast electro-mechanical coupling. Proc Natl Acad Sci USA
Constantin, C.E., Müller, C.S., Leitner, M., Bildl, W., Schulte, U., Oliver, D., and Fakler, B.
(See online at https://doi.org/10.1073/pnas.1616394114) - (2017). Ionotropic AMPA-type glutamate and metabotropic GABAB receptors: determining cellular physiology by proteomes. Curr Opin Neurobiol 45, 16-23
Bettler, B., and Fakler, B.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.conb.2017.02.011)
