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Dynamisches Zusammenspiel zwischen den spannungs-abhängigen Kalzium Kanälen und der präsynaptischen Zytomatrix

Antragstellerinnen / Antragsteller Professorin Dr. Anna Fejtová; Professor Dr. Martin Heine
Fachliche Zuordnung Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
Förderung Förderung von 2020 bis 2025
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 436933646
 
Erstellungsjahr 2025

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Forschungsprojekt hatte die Organisation und Funktion glutamaterger Synapsen zum Ziel. Das Hauptziel bestand darin, die molekularen Mechanismen zu untersuchen, an denen die Zytomatrix-Proteine Bsn und Pclo beteiligt sind, und zu klären, wie diese mit spannungsgesteuerten Kalziumkanälen in der präsynaptischen Membran interagieren und deren Funktion beeinflussen. Vorherige Arbeiten haben angedeutet, dass Bsn einerseits die Rekrutierung der synaptischen Vesikel (SV) steuert und andererseits die Dichte der spannungsgesteuerten Kalziumkanäle (VGCC) in der aktiven Zone definiert. In diesem Projekt sollte untersucht werden, inwiefern die Funktionen von Pclo homolog bzw. exklusiv sind. Dazu wurden verschiedene Mausmodelle verwendet und evaluiert, um die Expression von Pclo, Bsn und Cav2.1-Kanälen zu manipulieren und die Effekte auf die synaptische Transmission zu erforschen. Es konnte gezeigt werden, dass Bsn die Population freisetzungskompetenter SV wesentlich über die CDK5/Calcineurin- und cAMP/PKA-Signalwege moduliert. Bei der Charakterisierung eines neuen konditionellen Knock-out-Modells für Pclo konnten wir eine Verschiebung im Gleichgewicht der Populationen von synaptischen VGCC feststellen. Parallel zu diesen Arbeiten an den Gerüstproteinen haben wir die Funktion verschiedener Cav2.1- Splice-Varianten für die synaptische Transmission untersucht. Hierbei haben wir die C- terminalen Spleißvarianten von Exon 37 und Exon 47 charakterisiert. Exon 47 vermittelt die Interaktionen von Cav2.1 mit den Cytomatrix-Proteinen RIM und RBP sowie indirekt auch mit Bsn/Pclo. Funktionelle Untersuchungen zeigten, dass Exon 47 keinen Effekt auf die synaptische Rekrutierung der Kanäle hat, die Freisetzungseigenschaften der Präsynapse jedoch entscheidend beeinflusst. Messungen der lateralen Mobilität von Cav2.1-Kanälen in der präsynaptischen Membran zeigen, dass die lange Splicing-Variante des Cav2.1-Kanals durch die Abwesenheit von Bsn stabilisiert wird. Dies konnte bei der kurzen Splicing-Variante (ohne Exon 47) nicht beobachtet werden. Diese Beobachtungen sprechen somit für eine mögliche Rolle des alternativen Splicings von Exon 47 bei der Regulation der Transmitterfreisetzung. Es konnten keine Expressionsunterschiede von Cav2.1-Kanälen mit und ohne Exon 47 in verschiedenen Populationen glutamaterger Neurone nachgewiesen werden. Es ist jedoch noch zu klären, ob es aktivitäts- oder stimulusspezifische Regulationen gibt. Ferner wurde untersucht, inwieweit Bsn und Pclo zur Organisation von phasenseparierten Komplexen an der aktiven Zone beitragen und somit die Transmissionseigenschaften der Synapse modulieren. In einer parallelen Studie an der NMJ der Fliege Drosophila melanogaster konnten wir die Hypothese bestätigen, dass bereits kleine Änderungen in der Anordnung der Kalziumkanäle wirksam sind und auch von indirekten Interaktionen mit Gerüstproteinen (Bruchpilot) abhängen. Die oft angenommene präzise Anordnung der Kalziumkanäle in Relation zu den SV scheint auf molekularer Ebene nicht durch starke Protein- Protein-Bindungen realisiert zu sein, sondern beruht auf einer sehr dynamischen Interaktion der Proteine. In zukünftigen Projekten werden wir diese Hypothese weiter untersuchen und den Einfluss der identifizierten Signalwege mechanistisch analysieren (CDK5 versus PKA).

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