Die Identifizierung neuer funktioneller und post-transkriptionell regulatorischer Mechanismen während der homöostatischen synaptischen Skalierung

• Antragsteller: Roberto Fiore, Ph.D.; Professor Gerhard Martin Schratt, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 322038698

Neuronen besitzen ein engmaschiges Netz an homöostatischen Regulationsmechanismen, um ihre Feuerungsraten angesichts von Veränderung der Netzwerkaktivität zu stabilisieren. Beim sog. synaptic downscaling handelt es sich um eine Form der homöostatischen Plastizität, die sich darin auszeichnet, dass Neuronen als Reaktion auf einen chronischen Anstieg der Netzwerkaktivität die synaptische Übertragungsstärke uniform absenken, insbesondere durch eine verringerte synaptische Expression von Glutamat-Rezeptoren des AMPA-Subtyps (AMPA-R). Homöostatisches synaptic downscaling ist sowohl während der aktivitätsabhängigen neuronalen Entwicklung als auch für die Entstehung neurologischer Erkrankungen, darunter Epilepsie, von Bedeutung. Die molekularen Grundlagen des homöostatischen synaptic downscaling sind jedoch weitestgehend unbekannt. Wir konnten kürzlich zeigen, dass die neuronale mikroRNA miR-134 für das homöostatische synaptic downscaling in einem Rattenkulturmodell unabdingbar ist. Hierbei reguliert miR-134 das RNA-Bindeprotein (RBP) Pumilio-2 auf der post-transkriptionellen Ebene (Fiore et al., 2014). Unsere vorläufigen mittels quantitativer Proteomik erzielten Ergebnisse deuten darauf hin, dass die post-transkriptionelle Herunterregulation einer Vielzahl synaptischer Gene ein Charakteristikum der neuronalen Antwort auf erhöhte Netzwerkaktivität darstellt, wobei viele dieser Gene mit postsynaptischer Kalzium-Signalübertragung und AMPA-R Phosphorylierung in Verbindung stehen. Darüberhinaus konnten wir erste Hinweise erzielen, dass spezifische mikroRNAs und RBPs bei der Koordination der post-transkripitonellen Inhibition der synaptischen Gene eine wichtige Rolle spielen könnten. Im Rahmen dieses Projekts wollen wir die molekularen Mechanismen, die für die Regulation und Ausführung des homöostatischen synaptic downscaling verantwortlich sind, näher beleuchten, indem wir 1) die Funktion von neu identifizierten Genen während des synaptic downscaling charakterisieren, wobei der Fokus auf den Kandidaten Atp2b4 und Dcx und deren Interaktion auf der Stufe der Kalzium-Signalübertragung und AMPA-R Funktion liegen soll. 2) die koordinierten Mechanismen beschreiben, die der post-transkripionellen Regulation von synaptischen Genen während des downscaling zugrunde liegen. Hierbei steht ein Wechselspiel zwischen dem akivitätsabhängig reguliertne RNA-Bindeprotein Rbfox1 und der mikroRNA miR-129-5p im Mittelpunkt. Die in diesem Projekt generierten Daten sollten neue Erkenntnisse im Bereich der molekularen Mechanismen liefern, die homöostatische Plastizität als Reaktion auf eine chronische Aktivierung neuronaler Netzwerke regulieren und ausführen. Dies wiederum hat unmittelbare Auswirkungen auf unser Verständnis von aktivitäts-abhängiger neuronaler Entwicklung sowie von neuronalen Erkrankungen, z.B. Epilepsie, die mit einer gestörten homöostatischen Plastizität einhergehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz