Regulation der neuronalen Dense Core Vesikel (DCV) Biogenese und Exocytose durch Rab GTPase.

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Eimer
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 384170970

Neuronen setzen neben chemischen Neurotransmittern aus synaptischen Vesikeln (SV) auch Neuropeptide und Hormone durch regulierte Exozytose von sog. Dense Core Vesikeln (DCV) frei, welche die neuronale Aktivität modulieren. Im Gegensatz zu chemischen Neurotransmittern, die sehr lokal an Synapsen wirken, können Neuropeptide und Hormone fern von ihrer Freisetzungsstelle als Neuromodulatoren und Wachstumsfaktoren wirken, welche die neuronale Physiologie und Verhalten, sowie das Lernen und die Gedächtnisbildung in einer eher globalen Weise beeinflussen. Im Gegensatz zu SV, die an der aktiven Zone der Synapse recycelt werden können, müssen DCV stets am trans-Golgi Netzwerk (TGN) neu aus Vorläufervesikeln durch einen komplexen Reifungsprozess erzeugt werden.Mittels des genetischen Modellsystems C. elegans konnten wir zeigen, dass die DCV Biogenese und Exozytose durch ein Netzwerk von kleinen Rab GTPasen an der Golgi-endosomalen Schnittstelle gesteuert wird. Zum einen identifizierten wir einen neuen Rab-2 Effektorkomplex der für die DCV Reifung wichtig ist indem er einen retrograden Weg vom Endosomen zurück zum Golgi organisiert durch den DCV Kargo, das während der DCV Reifung verloren gegangen ist, zurückgeholt werden kann. Um die Regulation der DCV Reifung durch Rab-2 molekular besser zu verstehen haben wir durch Hefe Screens vielversprechende neue Rab-2 Effektoren identifiziert, die nun auf ihre Beteiligung am Rab-2 Signalling untersucht werden sollen.Ferner konnten wir zeigen dass Rab-5 und Rab-10 zwei benachbarte Domänen auf der Golgi-endosomal Schnittstelle organisieren, die für die effektive Sortierung von DCV Kargo entscheidend sind. Ein Verlust dieser Sortierungsdomänen führt zu DCV, die nicht sekretiert werden können. Auch konnten wir zeigen, dass in rab-10 Mutanten stark erhöhte Konzentrationen des Phospholipids Phosphoinositol (4,5) bis-phosphate (PIP2) aufweisen, die entweder die DCV Sekretion direkt blockieren, oder durch eine Inhibition der Aktin Reorganisation. Um die molekulare Ursache für den rab-10 DCV Sekretionsdefekt herauszufinden werden wir den Phosphoinositol (PI) Stoffwechsel biochemisch untersuchten sowie die Funktion und Lokalisation von PIP2 modifizierenden Kinasen und Phosphatasen. Zusätzlich werden wir auch die Dynamik von PI und Aktin in rab-10 Mutanten mittels Live Cell Imaging studieren sowie das Aktin Zytoskelett und Aktin reorganisierende Enzyme. Vorläufige Versuche deuten dabei auf eine Inhibition der Aktin Reorganisation in rab-10 hin. Inhibition des Aktin reorganisierenden Enzyms cofilin/UNC-60A phenokopiert den rab-10 DCV Sekretionsdefekt und neuronale Überexpression von aktivem cofilin/UNC-60A rettet den durch hohe PIP2 Konzentrationen verursachten DCV Sekretionsdefekt. Das beantragte Projekt wird daher zu einem mechanistischen Verständnis beitragen, wie Rab GTPase Signalling durch eine Koordination des Lipidmetabolismuses und der Aktindynamik die neuronale DCV Reifung und Exozytose reguliert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen