Funktionelle Kopplung der Exozytose und des Recyclings synaptischer Vesikel in Säugetier Synapsen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Damit unser Gehirn richtig funktioniert, müssen die einzelnen Neuronen in der Lage sein, effizient miteinander zu kommunizieren. Während die Übertragung von Informationen über große Entfernungen im Gehirn auf elektrischen Signalen beruht, muss die Lücke zwischen zwei Neuronen durch chemische Signale überbrückt werden. Dies geschieht an speziellen Kontaktstellen, den Synapsen, und beinhaltet die Freisetzung von Neurotransmittern aus synaptischen Vesikeln. Die freigesetzten Neurotransmitter binden an Neurotransmitter-Rezeptoren, die auf dem postsynaptischen Neuron vorhanden sind, und lösen so eine Signalkaskade aus, die wiederum ein elektrisches Signal auslöst. Damit dieses Kommunikationssystem funktionieren kann, muss das präsynaptische Neuron seinen Vorrat an fusionsfähigen synaptischen Vesikeln ständig auffüllen. Wichtig ist, dass die Exozytose synaptischer Vesikel durch die Internalisierung einer gleichen Menge Membran durch Endozytose ausgeglichen wird, um die Membranhomöostase über längere Zeiträume aufrechtzuerhalten und eine synaptische Dysfunktion zu verhindern. Wie Synapsen "wissen", wie viele Vesikel fusioniert haben, um eine solche Fusion durch Endozytose einer gleichen Menge Membran zu erreichen, ist weitgehend unbekannt. Das zentrale Ziel des Projekts war es, die Mechanismen und die molekulare Maschinerie aufzudecken, die die enge Kopplung zwischen der Exozytose und der Endozytose synaptischer Vesikelmembranen ermöglicht. Mit Hilfe von genetischen und mikroskopischen Ansätzen entdeckten wir, dass Synaptotagmin 1, ein Kalzium-Sensing-Protein, das in synaptischen Vesikeln vorkommt, nach der Exozytose an die neuronale Oberfläche als Auslöser für die Endozytose von synaptischen Vesikelmembranen dient. Dieser Mechanismus ist wichtig, da Knockout- Mäuse, denen Synaptotagmin 1 fehlt, unmittelbar nach der Geburt aufgrund von Defekten in der Neurotransmission sterben. Darüber hinaus haben wir Hinweise darauf gefunden, dass zusätzliche Faktoren wie das Aktin-Zytoskelett und spezielle Proteine, die die Zugabe von Membranen durch Messung eines Parameters, der als Spannung bezeichnet wird, erkennen können, ebenfalls zum Prozess der Endozytose an Säugetiersynapsen beitragen. Insgesamt haben diese Arbeiten unser Verständnis der Neurotransmission und der Gehirnfunktion verbessert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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SynActJ: Easy-to-Use Automated Analysis of Synaptic Activity. Frontiers in Computer Science, 3.
Schmied, Christopher; Soykan, Tolga; Bolz, Svenja; Haucke, Volker & Lehmann, Martin
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Synaptotagmin 1-triggered lipid signaling facilitates coupling of exo- and endocytosis. Neuron, 111(23), 3765-3774.e7.
Bolz, Svenja; Kaempf, Natalie; Puchkov, Dmytro; Krauss, Michael; Russo, Giulia; Soykan, Tolga; Schmied, Christopher; Lehmann, Martin; Müller, Rainer; Schultz, Carsten; Perrais, David; Maritzen, Tanja & Haucke, Volker
