Die Funktion der Gerüstproteine Fez1 und Fez2 für den polarisierten Transport und die neuronalen Migration

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Püschel
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsneurobiologie ; Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 271137065

Die Etablierung und Aufrechterhaltung der polarisierten Architektur von Neuronen ist für die Ausbildung und Funktionalität neuronaler Netzwerke von zentraler Bedeutung und hängt von dem gerichteten Transport spezifischer Cargos in Axone und Dendriten ab. Die Polarisierung von Transportprozessen und der präferentielle Transport von Vesikeln und Mitochondrien in das zukünftige Axon gehen der Bildung von Axonen voraus. Gerüstproteine, die molekulare Motoren und Cargo miteinander verbinden, sind wichtige Faktoren, die Signalkaskaden und Transportprozessen integrieren, jedoch sind die molekularen Mechanismen, die die Assoziation von Cargo und molekulare Motoren regulieren und diese Komplexe zu spezifischen subzellulären Kompartimenten dirigieren, immer noch sehr unzureichend verstanden. Kinesin-1 ist einer der molekularen Motoren, die den anterograden Transport von Vesikeln und Mitochondrien in Neuronen vermitteln. In der Abwesenheit von Cargo nimmt Kinesin-1 eine autoinhibierte Konformation ein, die durch die Bindung der Gerüstproteinen Jnk interacting protein 1 (Jip1) und Fasciculation elongation zeta 1 (Fez1) aktiviert wird. Der Knockdown von Fez1 in kultivierten Neuronen beeinträchtigt die Bildung von Axonen und den Transport von Mitochondrien. Überraschenderweise sind Fez1 Mausmutanten lebensfähig und weisen keine Defekte in der Entwicklung des Nervensystems. Das Fehlen von wesentlichen Entwicklungsdefekten wird auf eine mögliche Redundanz mit Fez2 zurückgeführt. Die physiologische Funktion von Fez2 wurde aber bisher nicht untersucht. Transportprozesse spielen nicht nur bei der Bildung von Axonen sondern auch während der neuronalen Migration eine wichtige Rolle. Unsere Analyse eines konditionalen Rap1a;Rap1b Doppel-Knockouts zeigte, dass Rap1 GTPasen in vivo für die Polarisierung von Radialglia und Neuronen essentiell sind. Eine der Funktionen von Rap1 GTPasen ist die Regulation des Transports von Cadherinen während der neuronalen Migration. Wir haben daher damit begonnen, die Funktion von Fez1 und Fez2 zu analysieren, um die molekularen Mechanismen des polarisierten Transports aufzuklären. Unsere Ergebnisse zeigen, dass Fez2, wie auch für Fez1 publiziert, eine mitochondriale Lokalisation aufweist. Knockdown von Fez2 in kultivierten hippocampalen Neuronen führt zu Störungen der Axonbildung. Nach ex vivo Elektroporation eines Fez2 Knockdown Vektors konnten wir in kortikalen Schnittkulturen Defekte in der Migration von Neuronen beobachten. In diesem Projekt werden wir die Funktion der Fez Proteine beim Transport von Mitochondrien und spezifischen Vesikeln untersuchen. Zusätzlich wollen wir die Funktion von Fez2 bei der neuronalen Migration analysieren. Wir werden dafür Primärkulturen dissoziierter hippocampaler Neurone, Kulturen von kortikalen Schnittpräparaten und Fez2 Knockout Mäuse verwenden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen