The function of Reggie (and PrP) in cargo trafficking underlying axon growth, regeneration and synapse formation
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Reggie-1 und -2 (flotillins) wurden in unserem Labor als zwei Proteine identifiziert, die in Retina Ganglienzellen des Goldfisches während der Regeneration von Axonen hochreguliert werden. Tatsächlich sind beide reggie Proteine für die Regeneration der Axone und Wachstum der „Growth cones“ notwendig. Aber sie kommen nicht nur in Neuronen vor, sondern sind als Mikrodomänen-bildende Proteine in praktisch allen Zellen vorhanden. Und sie sind in allen Zellen funktionell bedeutsam. Reggies interagieren mit Rab11a und regulieren Recycling und die zielgenaue Anlieferung von spezifischen Membranproteinen an definierte Bereiche der Zelle, wie zum Beispiel die Anlieferung von E-cadherin an sog. „adherens junctions“. In unserem Vorhaben haben wir getestet, 1) ob reggies an der zielgenauen Anlieferung von α5 and β1 Integrinen an Fokalkontakte („focal adhesions“, FAs) in Hela Zellen beteiligt sind (in Analogie zu E-cadherin in adherens junctions, AJs), und 2) ob reggies die Bildung von Spine Synapsen und Anlieferung von charakteristischen synaptischen Proteinen an die Postsynapse fördern. Bildung von FAs und Spines hängen vom kontinuierlichen Recycling ihrer Komponenten ab. Unsere Ergebnisse zeigen, 1) dass reggies für die korrekte zeitlich räumliche Ordnung von FAs in Hela Zellen nötig sind und zwar durch ihren Einfluss auf das Recycling von α5β1 Integrin, welches in Kooperation mit Rab11a und Rac1 geschieht und den Transport von Integrinen zu FAs bewirkt. Um den Beitrag von reggies auf die Bildung von Spine Synapsen analysieren zu können, wurden hippocampale Neurone von Wildtyp und reggie-1 knock out (k.o.) Mäusen in Langzeitkulturen gehalten, wo Synapsen gebildet werden. Zudem wurden Wildtyp Neurone, in denen reggie-1 und reggie-2 herunterreguliert wurden, eingesetzt. In wildtyp hippocampalen Neuronen werden N-cadherin, PSD-95, die Glutamat Rezeptoren AMPA GluR1 und NMDAR1 gemeinsam in Vesikeln, die reggie und Rab11a tragen, transportiert. Der Verlust von reggie-1 beeinträchtigt den Transport von PSD-95 und die Bildung von Spine Synapsen. Dieser Defekt wurde durch Rab11a Überexpression kompensiert (rescue). Dies bestätigt, dass reggies und Rab11a beim Transport von Cargo zu postsynaptischen Spines kooperieren. Dies beeinträchtigt die synaptische Plastizität und das in vitro Korrelat von „Long term potentiation“ (LTP), die durch die Zugabe von Glycin zu den Neuronen in Kultur bewirkt wird. Dies zeigt, dass reggie-1 und reggie-2 an Rab11a positiven Recycling Containern den Transport von PSD-95, N-cadherin, GluR1 und NMDAR1 bewirken und somit den Transport in die Spines, Bildung von Spine Synapsen und in vitro LTP bewirken.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2013) Reggies/flotillins interact with Rab11a and SNX4 at the tubulovesicular recycling compartment and function in transferrin receptor and E-cadherin trafficking. Mol BiolCell24:2689-2702
Solis GP, Hülsbusch N, Radon Y, Katanaev VL, Plattner H, Stuermer CA
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Reggie-1/Flotillin-2 regulates integrin trafficking and focal adhesion turnover via Rab11a. Eur J Cell Biol. 94, 531-545 (2015)
Hülsbusch, N., Solis G.P., Katanaev V.L., Stuermer C.A.O.
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Flotillin (reggie) proteins form defined assemblies in bacteria and in eukaryotic cells, but show differential dynamics. PLoS Genet 12 (6):e1006116. (2016)
Dempwolff, F., Stroh, A., Schmidt, F., Stuermer, C.A.O., Hülsbusch, N., Takeshita, N., Fischer, R., Eckhardt, B. Graumann, P.L.
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Reggie-1 and reggie-2 (flotillins) participate in Rab11a-dependent cargo trafficking, spine synapse formation and LTP-related AMPA receptor (GluA1) surface exposure in mouse hippocampal neurons. Exptl. Neurology 289, 31–45 (2017)
Bodrikov V, Pauschert A, Kochlamazashvili G, Stuermer CAO
