Regulation der neuronalen Dense Core Vesikel (DCV) Biogenese und Exocytose durch Rab GTPase.
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Um die molekularen Mechanismen zu erforschen durch welche die neuronale Biogenese und Freisetzung von Neuropeptid enthaltenden Dense Core Vesikeln (DCVn) im Modellsystem Caenorhabditis elegans reguliert wird. Im Gegensatz zu chemischen Neurotransmittern, die hauptsächlich für die lokale Kommunikation an Synapsen verwendet werden, fungiere Neuropeptide als weitreichende Signalmoleküle durch die sich neuronale Funktion und Aktivität über lange Distanzen regulieren lassen. Durch ihre globale Beeinflussung von neuronalen Systemen sind Neuropeptide zu Behandlung von neurodegenerativen und psychiatrischen Erkrankungen daher sehr interessant. Hierzu ist es aber wichtig die molekularen Mechanismen der DCV Freisetzung zu verstehen. In vorangegangenen Projekten konnten wir zeigen, dass die Rab GTPasen RAB-2 und RAB-10 für die Biogenese sowie die Freisetzung von DCVs wichtig sind. Mittels Hefe two-hybrid Screens haben wir für beide GTPasen interagierende Proteine identifiziert, von denen einige für das Phospho-lipid Signalling wichtig sind. Phosphoinositol-Lipide organisieren Membran Mikrodomänen welche für Membran-Transport- und Sortierungsprozesse wichtig sind, wodurch sie zur Regulation von DCVn bestens geeignet sind. Um dies zu untersuchen haben wir einen RNAi basierten Screen in C. elegans durchgeführt, in dem wir alle Phosphoinositol modifierenden Kinasen und Phosphatasen untersucht haben. Dieser Screen ergab dass die DCV Freisetzung besonders durch Phospho-inositol-4,5-bis-phosphat PI(4,5)P2 und Phospho-inositol-3,4,5-tris-phosphat PI(3,4,5)P3 beeinflusst wird. Wir konnten zeigen dass hohe zelluläre PI(4,5)P2 Konzentrationen zu einer Ansammlung von stationärem f-Aktin führen, welche durch eine Inaktivierung des Aktin umbauenden Proteins UNC-60A/Cofilin durch PI(4,5)P2 verursacht wird. Somit benötigt die DCV Freisetzung einen UNC-60A/Cofilin vermittelten dynamischen Umbau des Aktin Zytoskeletts. Ferner konnten wir auch zeigen dass PI(3,4,5)P3 durch die Regulation des Insulin Signalwegs die DCV Freisetzung beeinflusst. Unsere Experimente verdeutlichen dass die sich im Insulin Signalweg befindliche Kinase SGK-1 ein Masterregulator für die metabolische Kontrolle der DCV Freisetzung darstellt. SGK-1 integriert als Hub die up-stream Inputs des Insulin und TORC2 Signalwegs sowie das Vorhandensein von PI(3)P zu einem einheitliche Output hinsichtlich der DCV Sekretion nur wenn alle Inputs anwesend sind, was auch eine Relevanz für Diabetes hat. In einem weiteren Set von Experimenten konnten wir zeigen dass Verlust des von uns neu gefundenen RAB-2 interagierenden Proteins PDZD-8 zu einer DCV Hypersekretion führt. PDZD-8 ist ein ER Membranprotein welches für die Etablierung von ER-Mitochondrien und ER-Lysosomen Kontaktstellen wichtig ist. In diesem Projekt wurden daher mehrere neue molekulare Mechanismen entdeckt, die zu einem besseren Verständnis der Kontrolle der Neuropeptid-Freisetzung führen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Loss of the selective autophagy receptor p62 impairs murine myeloid leukemia progression and mitophagy. Blood, 133(2), 168-179.
Nguyen, The Duy; Shaid, Shabnam; Vakhrusheva, Olesya; Koschade, Sebastian E.; Klann, Kevin; Thölken, Marlyn; Baker, Fatima; Zhang, Jing; Oellerich, Thomas; Sürün, Duran; Derlet, Anja; Haberbosch, Isabella; Eimer, Stefan; Osiewacz, Heinz D.; Behrends, Christian; Münch, Christian; Dikic, Ivan & Brandts, Christian H.
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Aromaticity at position 39 in α‐synuclein: A modulator of amyloid fibril assembly and membrane‐bound conformations. Protein Science, 31(7).
Buratti, Fiamma A.; Boeffinger, Nicola; Garro, Hugo A.; Flores, Jesica S.; Hita, Francisco J.; Gonçalves, Phelippe do Carmo; Copello, Federico dos Reis; Lizarraga, Leonardo; Rossetti, Giulia; Carloni, Paolo; Zweckstetter, Markus; Outeiro, Tiago F.; Eimer, Stefan; Griesinger, Christian & Fernández, Claudio O.
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Disruption of the MICOS complex leads to an aberrant cristae structure and an unexpected, pronounced lifespan extension in Podospora anserina. Journal of Cellular Biochemistry, 123(8), 1306-1326.
Warnsmann, Verena; Marschall, Lisa‐Marie; Meeßen, Anja C.; Wolters, Maike; Schürmanns, Lea; Basoglu, Marion; Eimer, Stefan & Osiewacz, Heinz D.
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Lipid and protein content profiling of isolated native autophagic vesicles. EMBO reports, 23(12).
Schmitt, Daniel; Bozkurt, Süleyman; Henning‐Domres, Pascale; Huesmann, Heike; Eimer, Stefan; Bindila, Laura; Behrends, Christian; Boyle, Emily; Wilfling, Florian; Tascher, Georg; Münch, Christian; Behl, Christian & Kern, Andreas
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Adaptive responses of neuronal cells to chronic endoplasmic reticulum (ER) stress. Redox Biology, 67, 102943.
Pham, Thu Nguyen Minh; Perumal, Natarajan; Manicam, Caroline; Basoglu, Marion; Eimer, Stefan; Fuhrmann, Dominik C.; Pietrzik, Claus U.; Clement, Albrecht M.; Körschgen, Hagen; Schepers, Jana & Behl, Christian
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Deciphering the mitophagy receptor network identifies a crucial role for OPTN (optineurin) in acute myeloid leukemia. Autophagy, 19(11), 2982-2996.
Meyer, Laura M.; Koschade, Sebastian E.; Vischedyk, Jonas B.; Thoelken, Marlyn; Gubas, Andrea; Wegner, Martin; Basoglu, Marion; Knapp, Stefan; Kaulich, Manuel; Eimer, Stefan; Shaid, Shabnam & Brandts, Christian H.
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ULK1-mediated phosphorylation regulates the conserved role of YKT6 in autophagy. Journal of Cell Science, 136(3).
Sánchez-Martín, Pablo; Kriegenburg, Franziska; Alves, Ludovico; Adam, Julius; Elsaesser, Jana; Babic, Riccardo; Mancilla, Hector; Licheva, Mariya; Tascher, Georg; Münch, Christian; Eimer, Stefan & Kraft, Claudine
