Zusammensetzung und Funktion von Dimeren des metabotropen Glutamatrezeptor Typ 7 an Bandsynapsen der inneren Haarzellen der Cochlea: Protektion vor Hörverlust

• Antragstellerin: Lisa Janina Klotz-Weigand, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 517969465

Hörverlust geht häufig einer Neurodegeneration der Bandsynapsen von inneren Haarzellen (IHZ) der Cochlea voraus. Es wird vermutet, dass eine Überexposition von Glutamat die Hauptursache für den Verlust der Bandsynapsen während der Alterung und Lärmbelastung bildet. Prä-synaptisch lokalisierte metabotrope Glutamatrezeptoren (mGluRs) sind dafür prädestiniert, Neurone vor Glutamat-Exzitotoxizität zu schützen, da sie die präsynaptische Glutamatfreisetzung reduzieren und somit die Synapse vor toxischen Reizen schützen können. Interessanterweise ist mGluR7 der einzige mGluR Typ, der mit altersbedingtem und lärminduziertem Hörverlust korreliert wird. Kürzlich konnten wir die Expression und Lokalisation der mGluR7 Isoformen mGluR7a und mGluR7b in der murinen Cochlea mittels konfokaler Mikroskopie und 3D-Rekonstruktionen beschreiben. Hierbei fanden wir eine präsynaptische Lokalisation beider mGluR7 Isoformen an IHZ-Bandsynapsen, sowie eine reduzierte Menge dieser Rezeptoren an Synapsen, die für hohe Frequenzen kodieren und von gealterten Tieren. Zudem beobachteten wir eine präsynaptische Lokalisation von mGluR4 und mGluR8b. Da mGluR7 den mGluR mit der geringsten Affinität zu Glutamat darstellt, vermuten wir, dass die Aktivierung von mGluR7 IHZ Bandsynapsen vor schädlichen Reizen schützen könnte. MGluRs müssen für ihre Funktion zu Homo- oder Heterodimeren assemblieren. Es wurde bereits die Bildung heterodimerer mGluRs mit einzigartigen Eigenschaften beschrieben. Im Rahmen dieses Antrags werden wir zunächst die molekulare Zusammensetzung der präsynaptischen mGluR7 Isoformen beschreiben, indem wir eine Reihe komplementärer anatomischer, biochemischer und pharmakologischer Techniken anwenden, z.B. Kofärbungen auf murinen Cochlea und Ko-Immunopräzipitationen mit Gehirn und Cochlea-Gewebe. Für ausgewählte mGluR-Dimere werden die Daten durch zeitaufgelöste FRET-Messungen (TR-FRET) ergänzt. Unsere vorläufigen Daten zeigen eine Kolokalisierung von mGluR7a mit mGluR4 oder mGluR8b, was auf eine Heterodimerisierung hinweist. Zudem zeigte die Koexpression aller Rezeptorkombinationen in HEK-293 Zellen mit nachfolgender Immunpräzipitaion eine Heterodimersierung. Hingegen waren nur einige Hetreodimere in nativen Gehirnlysaten nachweisbar. Während eines Forschungsaufenthalts in Montpellier zeigten primäre TR-FRET-Messungen ein funktionelles mGluR7b/8b-Heterodimer. Zudem erlernte ich in Göttingen die Messung von Ca2+-Strömen durch whole-cell patch-clamp Ableitungen an der murinen Cochlea. Es ist bekannt, dass die mGluR-Aktivierung Ca2+-Ströme und somit die präsynaptische Glutamatfreisetzung limitieren kann. Deshalb planen wir die Aktivität von mGluR7 pharmakologisch zu manipulieren und den Einfluss elektrophysiologisch zumessen. Letztlich planen wir den Hörphänotyp von mGluR7-Knockout-Tieren zu charakterisieren, um unsere Hypothese zu untermauern, dass mGluR7 die IHZ-Bandsynapsen vor schädlichen Reizen schützen könnte und somit ein neues molekulare Ziel darstellt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen