Erweiterung des Mausrepertoires des über synaptische Aktivität gesteuerten Transkriptionsprogramms um ein Primatenspezifisches Gen: Konsequenzen für neuronale Funktionen und kognitive Fähigkeiten.
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Studien an Nagetieren haben gezeigt, dass langanhaltende Anpassungen, die für kognitive Funktionen wie Lernen und Gedächtnis entscheidend sind, auf einem durch neuronale Aktivität gesteuerten Transkriptionsprogramm basieren, das mehrere hundert Gene umfasst. Es wurde lange angenommen, dass dieses aktivitätsgesteuerte Genexpressionsprogramm generisch ist und über Arten hinweg, einschließlich des Menschen, geteilt wird. Allerdings haben wir und andere, durch die Verwendung von iPSC-abgeleiteten Neuronen, mehrere Gene identifiziert, die die transkriptionelle Antwort auf Aktivität in menschlichen Neuronen von der in Nagetierneuronen unterscheiden. Eines dieser Gene, bemerkenswert für seine starke aktivitätsabhängige transkriptionelle Antwort, ist das primatenspezifische LINC00473 (Lnc473). Interessanterweise ist dieses Gen auch in den Gehirnen von Patienten mit Schizophrenie und schwerer Depression herunterreguliert, und Variationen der DNA-Kopienzahl sind mit Schizophrenie assoziiert. In dieser Studie untersuchten wir die funktionalen Auswirkungen der Lnc473-Expression auf Neuronen, mit einem Schwerpunkt auf deren Effekten auf die Genregulation und elektrophysiologische Eigenschaften. Wir klonten die vollständige cDNA des menschlichen Lnc473 und produzierten ein rekombinantes adenoassoziiertes Virus (rAAV), um es in Mausneuronen zu exprimieren. Wir stellten fest, dass Mausneuronen, die menschliches Lnc473 exprimierten, signifikante Veränderungen im Transkriptom aufwiesen. Insbesondere zeigte sich eine erhebliche Herunterregulierung von mit Epilepsie assoziierten Genen, was auf eine Beeinflussung der Erregbarkeit von Neuronen und/oder neuronalen Netzwerken hinweist. Tatsächlich zeigte das Calcium-Imaging, dass im Vergleich zu Kontrollneuronen Mausneuronen, die Lnc473 exprimierten, eine erhöhte Frequenz synchroner somatischer Calciumtransienten aufwiesen, die typischerweise durch Züge von Aktionspotentialen (AP) ausgelöst werden. Darüber hinaus ergaben Patch-Clamp- Aufzeichnungen, dass die Ganzzellkapazität, der Membranwiderstand und das Ruhepotential nicht verändert waren. Die Expression von Lnc473 verstärkte jedoch die AP-Generierung, erhöhte die AP-Amplitude und senkte das AP-Schwellenpotential näher an das Ruhepotential, was eine erhöhte Erregbarkeit der Mausneuronen demonstrierte, die dieses primatenspezifische Gen exprimieren. Diese Effekte wurden von einer erhöhten basalen, durch neuronale Aktivität vermittelten Translokation des CREB-regulierten Transkriptionskoaktivators Crtc1 in den Kern begleitet, was zu einem Anstieg der CREB-vermittelten Transkription führte. Insgesamt deuten die Ergebnisse darauf hin, dass Lnc473 bei Primaten die Fähigkeit von CREB zur Erhöhung der intrinsischen neuronalen Erregbarkeit verbessern könnte und somit möglicherweise plastizitätsbezogene Funktionen wie das Gedächtnis moduliert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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N-methyl-d-aspartate Receptor-mediated Preconditioning Mitigates Excitotoxicity in Human Induced Pluripotent Stem Cell-derived Brain Organoids. Neuroscience, 484, 83-97.
Bauersachs, Hanke Gwendolyn; Bengtson, C. Peter; Weiss, Ursula; Hellwig, Andrea; García-Vilela, Celia; Zaremba, Bastienne; Kaessmann, Henrik; Pruunsild, Priit & Bading, Hilmar
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Expression of the primate-specific LINC00473 RNA in mouse neurons promotes excitability and CREB-regulated transcription. Journal of Biological Chemistry, 299(5), 104671.
Pruunsild, Priit; Bengtson, C. Peter; Loss, Isabel; Lohrer, Benjamin & Bading, Hilmar
