Phosphoregulation des K-Cl Cotransporters KCC2

• Antragsteller: Professor Dr. Hans-Gerd Nothwang
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 273749082

Der K-Cl Cotransporter KCC2 spielt eine entscheidende Rolle bei der schnellen synaptischen Inhibition. Er ist der wichtigste Cl-Auswärtstransporter in Neuronen und erzeugt durch seine Transportaktivität einen ins Zellinnere gerichteten Cl-Gradienten. Dieser ist die Voraussetzung für die schnelle hyperpolarisierende Wirkung der inhibitorischen Neurotransmitter GABA und Glycin. KCC2 ist ein essentielles Protein und Fehlfunktionen sind mit neurologischen Erkrankungen wie Epilepsie, neurogenem Schmerz und Hirntrauma assoziiert. Phosphorylierungen des Proteins sind ein Schlüsselmechanismus der posttrankriptionellen Regulation der Transportaktivität. Veränderungen im Phosphorylierungsmuster des Transporters sind daher auch erklärtes Ziel pharmakotherapeutischer Strategien. Noch fehlt jedoch ein umfassendes Wissen über die Mechanismen und die in vivo Funktionen der Phosphoregulation von KCC2 unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen. Meine Arbeitsgruppe hat kürzlich zahlreiche im Gehirn vorkommende Phosphorylierungen in KCC2 charakterisiert und dabei die neue regulatorische Phosphorylierungsstelle T934/S937 identifiziert. Die Phosphorylierung einer der beiden Aminosäurereste führt in HEK-293 Zellen zu einer Erhöhung der intrinsischen Transportaktivität. Die Phosphorylierung bestimmt zudem den Effekt einer Staurosporine und NEM sensitiven, aber noch unbekannten weiteren Phosphorylierung. Das hier beantrage Projekt baut auf diesen Ergebnissen auf. Ziel ist eine umfassende Charakterisierung dieser Phosphorylierungsstelle in Bezug auf Funktion und Regulation. Hierzu werden wir ihre Funktion in Neuronen charakterisieren und Experimente zur Identifizierung der Kinase durchführen, die die beiden Aminosäuren phosphorylieren. Wir werden zudem die komplexe funktionelle Interaktion mit einer Staurosporin und NEM-sensitiven Phsophoylierungsstelle weiter charakterisieren, um ihre Wechelwirkung besser zu verstehen. Diese Experimente finden in Zellkultur statt. Für das Gesamtverständnis ist jedoch die funktionelle Charakterisierung im Organismus unabdingbar. Hierzu werden wir essentielle Ressourcen erzeugen und validieren. Hierzu zählt zum einen die Generierung eines Antikörpers gegen diese Phosphorylierungsstelle. Zum zweiten werden zwei transgene Mauslinien mit Mutationen in dieser Phosphorylierungsstelle hergestellt und charakterisiert. Eine davon stellt den dephosphorylierten Zustand nach, die andere den phosphorylierten Zustand. Beide Mauslinien werden anschließed charakterisiert und in Zusammenarbeit mit Kollegen die Bedeutung der Phosphorylierungsstelle für physiologische und pathophysiologische Prozesse untersucht. Insgesamt wird das Projekt wichtige Einblicke in die Phosphoregulation von KCC2 liefern, die sowohl für die Grundlagenforschung als auch die translationale Forschung von großer Bedeutung sind. Zudem werden Ressourcen generiert, die für die Entschlüsselung der in vivo Rolle von KCC2 Phosphorylierungen benötigt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Finnland
• Kooperationspartner: Professor Claudio Rivera, Ph.D.