CXCL12-abhängige Entwicklung neuronaler Strukturen unter der Kontrolle des atypischen Chemokinrezeptors CXCR7

• Antragsteller: Professor Dr. Ralf Stumm
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsneurobiologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 225008604

GABAerge Interneurone regulieren die neuronale Aktivität zerebrokortikaler Verbindungen. Entwicklungsdefekte dieser Zellen werden mit neurologischen und mentalen Störungen in Verbindung gebracht. Ihre Vorläufer wandern während der Embryonalentwicklung in den Kortex ein und legen dort große Strecken durch tangentiale Migration zurück. Selbst im eher kleinen Kortex der Maus migrieren individuelle Interneurone mehrere Tage lang um sich gleichmäßig zu verteilen. Frühere Arbeiten des Antragstellers führten zur gegenwärtig geltenden Auffassung, dass das Chemokin CXCL12 zusammen mit seinen Rezeptoren CXCR4 und CXCR7 das einzige chemoattraktive Signalmodul bildet, das Interneuronvorläufer auf ihren intrakortikalen Hauptrouten leitet. Dabei vermittelt der konventionelle Rezeptor CXCR4 chemotaktische Signale über inhibitorische G Proteine. Jüngere Arbeiten des Antragstellers zeigen, dass CXCR7 im embryonalen Kortex als atypischer Chemokinrezeptor fungiert, der CXCL12 aus dem Gewebe entfernt und so überschießende Aktivierung, Desensibilisierung und down-Regulation des CXCR4 während der langwierigen Interneuronmigration verhindert. Gemäß einer zweiten Theorie greift ein unbekanntes CXCR7-Signal, möglicherweise ein ß-Arrestin (ßArr)-vermittelter MAP Kinase-Weg, in die Migration der Interneurone ein. Tatsächlich zeigen zahlreiche Evidenzen aus Zellkulturmodellen, dass agonisteninduzierte Phosphorylierungen an C-terminalen Ser/Thr-Resten heptahelikaler Rezeptoren Interaktionen von Rezeptor und ß-Arr- stabilisieren, die Rezeptoren vom G Protein entkoppeln, Rezeptorinternalisierung fördern und einen ßArr/MAP Kinase-Weg aktivieren. Wie diese Prozesse die neuronale Migration in Säugetieren beeinflussen, wurde bislang nicht erforscht. Das vorliegende Vorhaben untersucht, wie Rezeptorphosphorylierung und ßArr die CXCL12-abhängige Interneuron-Migration regulieren. Der Antragsteller hat dazu einzigartige genetische Mausmodelle entwickelt: (1.) ein knockin eines Cxcr7 Allels (Cxcr7STA), das für einen Rezeptor kodiert, bei dem alle potentiellen C-terminalen Ser- und Thr-Phosphatakzeptorstellen in Ala konvertiert sind, (2.) eine Kolonie von Mäusen, um Embryonen zu erzeugen, bei denen eine oder beide ßArr-Isoformen fehlen sowie (3.) Cxcr7STA und ßArr-defiziente Mäuse, welche Transgene tragen, die die Expression eines CXCL12-RFP Fusionsproteins unter dem Cxcl12 Promotor zur Visualisierung von CXCL12 sowie die Expression des GFP-Reporters unter dem Cxcr7 Promotor zur Darstellung migrierender Interneuron bewirken. Der Antragsteller möchte damit die Migration der Interneurone, die rezeptorvermittelte Aufnahme von CXCL12 sowie Phosphorylierung, trafficking und down-Regulation der CXCL12 Rezeptoren mit histologischen, biochemischen und imaging-Techniken untersuchen. Das Projekt beleuchtet in einem relevanten Modell, wie Phosphorylierung und ßArr das für Zellmigration essentielle Zusammenspiel eines konventionellen und atypischen Chemokinrezeptoren steuern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen