Der Turnover synaptischer Proteine: Zahlen, Prinzipien und funktionelle Implikationen

• Antragsteller: Eugenio Fornasiero, Ph.D.; Professor Silvio-Olivier Rizzoli, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung seit 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 273518920

Gealterte Proteine müssen durch neu synthetisierte ersetzt werden, um die Ansammlung alter und beschädigter Bestandteile zu vermeiden, die zu zellulären Funktionsstörungen führen könnten. Dieser Prozess, der allgemein als Proteinumsatz bekannt ist, ist noch immer wenig verstanden, insbesondere in großen und komplexen Zellen wie den Neuronen. In unserer letzten Förderperiode haben wir den Proteinumsatz im Zusammenhang mit der Alterung des Gehirns untersucht, um zu klären, wie Defekte in diesem Signalweg mit Funktionsstörungen des Gehirns zusammenhängen. Wir haben den Proteinumsatz bei gealterten Mäusen gemessen, indem wir verschiedene Gehirnregionen und subzelluläre Fraktionen verglichen und außerdem die Proteinmengen in 11 verschiedenen Mausmodellen des Alterns analysiert. Wir haben in speziellen Experimenten spezifische Elemente analysiert, wie verschiedene Myelinformen, synaptische Vesikel und die extrazelluläre Matrix. Schließlich verglichen wir auch das Alter von Proteinen mit ihrer eigenen Funktionalität in verschiedenen Kontexten. Wir konzentrieren uns nun auf die Frage, wie der Proteinumsatz in der Präsynapse mit der synaptischen Funktion zusammenhängt. Unser Ziel ist es zu verstehen, wie einzelne Proteine den Synapsen auf eine Weise bereitgestellt werden können, die die lokalen Bedürfnisse berücksichtigt, von der Aktivität bis zur Plastizität. Wir haben zuvor gezeigt, dass ein solcher Prozess in Synapsen abläuft, ein Mechanismus ist jedoch nicht bekannt. Wir haben kürzlich herausgefunden, dass mehrere morphologische Merkmale der Präsynapse und insbesondere die Größe des synaptischen Vesikelclusters (SVC, definiert als die Ansammlung von preynaptische Vesikeln) mit dem Proteinumsatz korrelieren. Diese Korrelation kann durch einen Einfluss des SVC auf die synaptische mRNA-Organisation und -Translation oder durch die direkte Regulierung dieser Prozesse durch eine Schlüsselkomponente des SVC erklärt werden. Wir haben bereits die Identität einer solchen Komponente, des Elongationsfaktors 1-alpha (eEF1A), ermittelt, den wir demnächst untersuchen möchten. Wir werden im Detail untersuchen, wie die Synapsenfunktionalität mit der eEF1A-Dynamik zusammenhängt und ob dieses Protein einen direkten Einfluss auf grundlegende Parameter wie die lokale Translation ausübt. Wir werden SVC und Synapsenmorphologie mit der Synapsenfunktion und der eEF1A-Abundenz verbinden. Wir werden auch das Synapsen- und eEF1A-Verhalten während des Alterns testen, sowohl in vivo als auch in In-vitro-Umgebungen. Wir werden eine Reihe fortschrittlicher Methoden kombinieren, von der hochauflösenden Fluoreszenzbildgebung bis hin zu Multiplexing- und fortschrittlichen Massenspektrometrie-Ansätzen, sowohl in Lösung als auch im bildgebenden Kontext. Unsere Ergebnisse werden ein neues Verständnis des synaptischen Umsatzes liefern und sollten endlich den Zusammenhang zwischen diesem Prozess und der synaptischen Funktion klären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen