Reconstitution of calcium-triggered rapid neurotransmitter release

• Applicant: Dr. Wensi Vennekate
• Subject Area: Molecular Biology and Physiology of Neurons and Glial Cells ; Biochemistry
• Term: from 2013 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 234221592

• Final Report Year: 2015

Final Report Abstract

Neuronale Membranfusion ist ein zentraler Prozess in der Neurobiologie, ihre sub-Millisekuden-Kinetik beschäftigt die Forschung bereits seit mehreren Generationen. Die unterstützte Membrandoppelschicht (supported bilayer, SBL) ist wegen ihrer Strukturähnlichkeit zu r Zellmembran eines der besten Modelle, um die Membranfusion mit den synaptischen Vesikeln, den Liposomen oder Viren zu studieren. Der Hauptteil dieser Arbeit war das Aufstellen des Protokolls zur Herstellung einer gebrauchsfertigen und preisgünstigen asymmetrischen SBL, um die SNARE (soluble N-ethylmaleimide-sensitive-factor attachment receptor)-vermittelte Membranfusion mit Synaptotagminenhaltenden SUVs (kleine unilaminare Vesikel) zu studieren. In Kombination mit der TIRF (total internal reflection fluorescence)-Mikroskopie konnten wir die Membranfusion mit einer Einzelmolekül-Sensitivität und einer Zeitauflösung von ~10 ms beobachten. Das Protokoll ist insgesamt entwickelt und getestet, allerdings verbleiben noch einige Verbesserungsmöglichkeiten. Mit einem stabilen SBL-System kann in Zukunft das Zusammenwirken der zugehörigen Proteine in der Membranfusion systematisch untersucht werden. Synaptotagmin1 (Syt1) ist ein Calcium-Sensor-Protein und spielt eine essentielle Rolle in der Calcium-vermittelten neuronalen Membranfusion. Syt1 kann die Geschwindigkeit der Membanfusion um mehrere Größenordnungen beschleunigen. Am Anfang der Arbeit wurde die symmetrische PEG (Poly(ethylene glycol))-SBL der Vorarbeit wiederholt. Überraschenderweise wurde ein Abfall der Fusionsrate mit den Syt1-enthaltenden SUVs beobachtet. Dieses Ergebnis war die Anregung, eine für Syt1 geeignete SBL zu entwickeln.

Publications

• (2014). α-SNAP interferes with the zippering of the SNARE membrane fusion machinery. J. Biol. Chem.
  Park, Yongsoo; Vennekate, Wensi; Yavuz, Halenur; Preobraschenski, Julia; Hernandez, Javier M.; Riedel, Dietmar; Walla, Peter Jomo & Jahn, Reinhard
  
• Improved planar, supported bilayer technologies to study vesicle docking and fusion. Biophysical Society Meeting 2015
  Vennekate, W. and Karatekin, E.
  
• Nanodisc-cell fusion: control of fusion pore nucleation and lifetimes by SNARE protein transmembrane domains. Scientific Reports volume 6, Article number: 27287 (2016)
  Wu, Zhenyong; Auclair, Sarah M.; Bello, Oscar; Vennekate, Wensi; Dudzinski, Natasha R.; Krishnakumar, Shyam S. & Karatekin, Erdem