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 in einer präzisen koordinierten Weise von neu produzierten ersetzt werden. Dieser kontrollierte Prozess, genannt Proteinumsatz oder Turnover, ist in Neuronen besonders wichtig, da diese langlebig und nur schwer ersetzbar sind. Daher muss neuronaler Metabolismus optimal reguliert sein.In der ersten Finanzierungsphase dieser Förderung haben wir mehrere Werkzeuge und Methoden entwickelt, um den Proteinumsatz des Gehirns zu untersuchen. Dies umfasst Neuerungen in konventioneller Massenspektrometrie sowie Sekundär-Ionen-Massen-Spektrometrie (SIMS). Wir haben die Lebenszeiten von Proteinen im Gehirn von Mäusen gemessen und Proteinumsatz in neuronalen Zellkulturen verfolgt.Unsere Arbeit zeigt, neben anderen Erkenntnissen, dass der Proteinumsatz sehr nah mit synaptischer und neuronaler Aktivität verknüpft ist. Wir schlagen nun vor, diese Arbeit zu erweitern und uns auf das alternde Gehirn zu fokussieren. Unsere Hypothese, basierend auf umfangreicher vorangegangener Arbeit, ist, dass der Umsatz an Proteinen im alternden Gehirn verlangsamt ist, besonders für die Exo- und Endozytose Proteine, was zu funktionellen Fehlern führen kann. Unser Ziel ist es daher, den Wandel an Umsatz in alten Mäusen zu untersuchen und festzustellen, wie dieser Wandel synaptische Strukturen und Funktionen beeinflusst. Dies wird es uns ermöglichen, generelle Umsatzmechanismen auszumachen, die junge und alte Gehirne unterscheiden. Wir werden außerdem spezifische Signalwege festmachen können, die im Alter abweichend reguliert sind, wie synaptische Exo- und Exocytose Änderungen. Da wir uns bildgebende Massenspektrometrie zunutze machen, können wir zusätzlich herausfinden, ob Alterungsprozesse den Proteinumsatz in allen Neuronen gleichermaßen verändert, oder ob bestimmte Regionen, Neurone oder Synapsen vorrangig beeinflusst sind. Weiter werden wir die Funktionsfähigkeit der einzelnen Neurone oder Synapse unter dem Aspekt des Proteinumsatzes untersuchen. Abschließend werden wir dann die gewonnenen Kenntnisse über einzelne molekulare Signalwege in neuronalen Zellkulturen verifizieren.Diese Studie wird damit insgesamt den ersten Einblick liefern, inwiefern das Altern den Proteinumsatz des Gehirns verändert und wie dann wiederum dieser Umsatz die Funktion alternder Neurone beeinflusst.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen