Molekulare Mechanismen der Wechselwirkungen zwischen Synapsin, Alpha-Synuclein und synaptischen Vesikeln

• Antragsteller: Dr. Dragomir Milovanovic
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465575936

Neuronale Kommunikation erfolgt durch die streng regulierte Sekretion und Aufnahme von Botenmolekülen, die als Neurotransmitter bezeichnet werden. Diese Botenmoleküle sind in kleine Lipidvesikel, sogenannte synaptische Vesikel (SVs), gepackt. Im Durchschnitt enthalten Nervenenden hunderte von dicht gruppierten SVs. Trotz deren Packung sind die SVs sehr mobil, um die zuverlässige Freisetzung von Neurotransmittern bei neuronaler Aktivität sicherzustellen. Wir konnten bereits zeigen, dass diese Cluster von SVs ein Beispiel für flüssig-flüssig Phasentrennung, vergleichbar mit einem Öltröpfchen in Wasser, darstellen können. Darüber hinaus haben wir das neuronale Protein Synapsin 1 als zentrales Element für die Bildung dieser flüssigen Tröpfchen von Lipidvesikeln identifiziert. Das Konzept der flüssigen Phase von Synapsin und Lipidvesikeln bot einen neuen Rahmen für die Organisation der Synapse und warf wichtige Schlüsselfragen zur Regulierung dieses Prozesses auf. Die Aminosäureregion von Synapsin 1, die für seine Phasenkondensation verantwortlich ist, bildet keine spezifische Sekundär- oder Tertiärstruktur. Viele synaptische Proteine enthalten ähnliche unstrukturierte Regionen, von denen Alpha-Synuclein das Bekannteste unter ihnen ist. Es ist, ein kleines, ungeordnetes Protein, dass eine große Rolle bei der Pathologie der Parkinson-Krankheit spielt. Das Hauptziel des Forschungsvorhabens ist es, dass molekulare Zusammenspiel zwischen Synapsin 1 und Alpha-Synuclein zu charakterisieren und deren Wechselwirkung auf die flüssige Phase von SVs zu untersuchen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden wir biochemische Rekonstitutionsansätze mit der Bildgebung in lebenden, isolierten Mausneuronen verbinden. Insbesondere enthält der Projektvorschlag zwei sich ergänzende Ansätze. Der Bottom-up-Ansatz umfasst die Klonierung und Reinigung von intrinsisch ungeordneten Proteinen, in-vitro Rekonstitutionen von Lipidvesikelkondensaten und fluoreszenzbasierte Assays. Der Top-down-Ansatz erstellt eine Pipeline für die Bildgebung von SV-Clustern in lebenden Zellen und die Erzeugung von Mausmodellen mit unterschiedlichen Konzentrationen von Synapsinmolekülen. Unser Hauptaugenmerk liegt auf den Merkmalen der Proteinsequenz die zur Architektur von SV-Kondensaten in der komplexen Umgebung in der Synapse beitragen. Die Unterstützung dieses Forschungsprogramms bietet daher die Möglichkeit das Zusammenspiel von Synapsin und Alpha-Synuclein zu charakterisieren und deren Auswirkungen auf den physikochemischen Zustand der Synapse zu erforschen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen