Verstärkung der Abeta-induzierten Synaptotoxizität durch CTFs von Adhäsionsproteinen in Mausneuronen und in aus iPSC abgeleiteten, humanen Neuronen

• Antragsteller: Professor Dr. Kurt Gottmann
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Modelle zum Verständnis von Erkrankungen des Nervensystems ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 263969882

Schädigung und Verlust von Synapsen sind grundlegende Pathomechanismen der Alzheimer´schen Erkrankung (AD). Obwohl veränderte Synapsenfunktion und Verlust dendritischer Spines in Mauspräparaten beschrieben worden sind, sind die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen weitgehend unbekannt. Oligomere Amyloid-beta (Abeta) Peptide initiieren sehr wahrscheinlich eine Kaskade von Prozessen, die zu Synapsendestabilisierung führen. Die Langzeit-Stabilität von Synapsen wird vermittelt durch transsynaptische Interaktionen synaptischer Adhäsionsproteine wie N-Cadherin und das Neurexin/Neuroligin-System. Allerdings ist bisher kaum untersucht, wie synaptische Adhäsionsproteine Abeta-induzierte Synapsendestabilisierung beeinflussen. N-Cadherin und Neurexine werden durch alpha- und gamma-Sekretasen proteolytisch prozessiert. Eine mit AD verknüpfte Dysfunktion der gamma-Sekretase führt daher zu einer Membran-Akkumulation von C-terminalen Fragmenten (CTFs), die Synapsen-stabilisierende Mechanismen wie N-Cadherin vermittelte Adhäsion inhibieren könnten. In unseren Vorarbeiten konnten wir erste Hinweise darauf erhalten, dass Abeta-induzierte Synapsenschädigung durch die Expression von Membran-assoziiertem N-Cadherin-CTF1 deutlich beschleunigt wird. Dies könnte eine wichtige Rolle in AD spielen, da wir eine erhöhte Expression von N-Cadherin-CTF1 in post-mortem Gehirnproben von AD Patienten nachweisen konnten. In diesem Projekt werden wir die Verstärkung der Abeta-induzierten Synaptotoxizität durch Membran-assoziierte CTFs (N-Cadherin-CTF1 und Neurexin3beta-CTF) untersuchen. Abeta-induzierte Synapsenschädigung wird in Abhängigkeit von Expression spezifischer CTFs bzw. Inhibition der gamma-Sekretase analysiert. Wir werden weiter einen neuartigen Assay für die Abeta-induzierte Synapsenschädigung entwickeln, der auf der Analyse der aktivitätsabhängigen Dynamik der synaptischen Nanostruktur mittels hochauflösender (super-resolution) Mikroskopie basiert. Um eine erhöhte Expression von CTFs in AD Patienten weiter zu charakterisieren, werden wir Proben von post-mortem Gehirnen hinsichtlich der Expression verschiedener synaptischer Adhäsionsproteine und der entsprechenden CTFs analysieren. Wir erwarten Hinweise darauf, welche spezifischen CTFs von hoher klinischer Relevanz für AD sind. Als hoch innovativen Ansatz werden wir humane kortikale Neurone (aus induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs)) verwenden, um die CTF-abhängige Modulation der Abeta-induzierten Synaptotoxizität zu untersuchen. Wir werden sowohl funktionelle (AMPA mEPSCs) als auch strukturelle Aspekte (synaptische Markerproteine, spines) der Synapsenschädigung durch Abeta und ihre Verstärkung durch CTFs analysieren. Zusätzlich werden wir die CTF-induzierte Modulation von Abeta Effekten auf die synaptische Nanostruktur mit hochauflösender Mikroskopie untersuchen. Wir erwarten Erkenntnisse darüber, ob humane Synapsen ähnliche Abeta-induzierte Schädigungen zeigen wie Synapsen kultivierter Mausneurone.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen