Analyse humoraler Autoimmunität gegen die GluN1 Untereinheit des NMDA Rezeptor mittels super-resolution Fluoreszenzmikroskopie

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Sören Doose; Professor Dr. Christian Geis
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 452585602

Die GluN1 Untereinheit des NMDA Rezeptors (NMDAR) ist das Zielepitop für pathogene Autoantikörper, die die NMDAR Enzephalitis verursachen. In Vorarbeiten haben wir hochauflösende Bildgebungstechniken und Analyseverfahren etabliert, um Rezeptoren in primären Neuronen und in Gehirnschnitten zu detektieren und lokalisieren. Mit diesen Bildgebungsverfahren und Elektrophysiologie konnten wir belegen, dass GluN1 Autoantikörper von Patienten mit NMDAR Enzephalitis die Expression von NMDAR reduzieren und NMDAR vermittelte Ströme vermindern. Die Spezifität dieser Befunde wurde durch Verwendung von monoklonalen humanen GluN1 Antikörpern untermauert. In ersten Pilotstudien konnten wir erfolgreich eine bioorthogonale Markierungsmethode von GluN1 Untereinheiten in HEK 293 Zellen mittels Insertion unnatürlicher Aminosäuren und Click-Chemie etablieren. In einem neu etablierten Mausmodell mit intraventrikulärer Applikation pathogener Antikörper fanden wir die Reduktion membrangebundener NMDAR sowie eine gestörte synaptische Plastizität im Hippocampus und eine beeinträchtigte Gedächtnisleistung. Wir planen nun (i) mit weiterentwickelten experimentellen Methoden krankheitsrelevante Prozesse der Antikörper-Rezeptor Interaktion darzustellen und (ii) die Autoantikörper-induzierten gestörten Signalwege der synaptischen Plastizität zu entschlüsseln um spezifische Therapieansätze zu identifizieren.Click-Chemie von NMDAR in Neuronen und von rekombinanten GluN1 Antikörpern erlaubt eine spezifische und quantitative Markierung beider Interaktionspartner für hochauflösende Mikroskopie an fixierten Neuronen und für intravitale Bildgebung und Einzelmolekül-Tracking Experimente. Die Kombination von lebend-Zell Markierung durch Click-Chemie und 3D lattice-light sheet Mikroskopie soll es ermöglichen, Antikörper-gebundene Rezeptoren auch in intrazellulären Signalwege zu verfolgen. Um NMDAR-vermittelte Plastizität und deren Beeinträchtigung durch pathogene humane Antikörper genauer zu untersuchen, soll intravitale hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie mit patch-clamp Elektrophysiologie kombiniert werden. Dies ermöglicht die Untersuchung der Morphologie synaptischer Dornfortsätze und der Rezeptorexpression in Bezug auf synaptische Funktionsstörung und gestörte Langzeitpotenzierung. Des Weiteren werden wir prüfen, wie humane NMDAR Antikörper die Signalfunktion der Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII) in primären Neuronen beeinträchtigen. CaMKII ist ein direkter Interaktionspartner von NMDAR und ein Schlüsselmolekül der synaptischen Plastizität. In einem proof-of-concept Versuch werden wir prüfen, ob eine Inhibierung von DAPK1, einem synaptischen Gegenspieler von CaMKII, zu einer Verbesserung der Langzeitplastizität führt.Mit diesen Experimenten können wir wichtige Aspekte in der Pathophysiologie der NMDAR Enzephalitis mit bislang nicht erreichter Sensitivität und Genauigkeit analysieren und erhoffen uns neue Erkenntnisse für spezifische Interventionsmöglichkeiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen