Funktionelle Charakterisierung des ASIC1a Proteoms

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Gründer
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 539767547

Acid-sensing ion channels (ASICs) sind Protonen-aktivierte Na+-Kanäle mit einem breiten Vorkommen im zentralen und peripheren Nervensystem. ASICs sind Trimere und ASIC1a ist die wichtigste ASIC-Untereinheit im ZNS, wo sie in fast allen homo- und heterotrimeren ASICs enthalten ist. ASIC1a lokalisiert an dendritischen Spines und trägt zum postsynaptischen Strom an exzitatorischen Synapsen bei. Der Kanal fördert unter anderem die Langzeitpotenzierung. Zusätzlich zu seiner Rolle bei der synaptischen Transmission detektiert ASIC1a auch dauerhafte Ansäuerung wie sie in pathophysiologischen Zuständen wie z.B. einem ischämischen Schlaganfall auftritt. Die Aktivierung von ASIC1a führt in Tiermodellen des ischämischen Schlaganfalls zu neuronalem Tod. Nach heterologer Expression lokalisiert ASIC1a vor allem in intrazellulären Organellen, vor allem im endoplasmatischen Retikulum, und es ist nicht bekannt, welche Faktoren die Expression von ASIC1a an der Oberfläche von Neuronen, insbesondere an der postsynaptischen Membran regulieren. Wir haben einen Affinitätsreinigungs-Screen nativer ASIC1a Kanäle aus Maushirnen gekoppelt mit Massenspektrometrie (AP-MS) durchführen lassen. Dabei wurde ein bisher nicht charakterisiertes Protein unbekannter Funktion als spezifischer Partner von ASIC1a identifiziert. In Vorversuchen konnten wir zeigen, dass es sich um ein sezerniertes Protein handelt, das ich hier sezerniertes Protein1 (SEP1) nennen möchte. SEP1 erhöht die Stromamplitude und die Oberflächenexpression von ASIC1a. Umgekehrt lokalisiert SEP1 bei Ko-Expression mit ASIC1a an der Oberfläche von Zellen. Interessanterweise ist der ASIC1a-typische Strom in kortikalen Neuronen von Mäusen mit einem Funktionsverlust von SEP1 nicht mehr nachweisbar, was auf eine essenzielle Rolle von SEP1 für die Funktion von ASIC1a hinweist. In diesem Antrag schlage ich vor 1) den molekularen Mechanismus erhöhter Stromamplitude und Oberflächenexpression von ASIC1a aufzuklären, 2) den Einfluss von SEP1 auf ASIC1a in Neuronen weiter zu charakterisieren, 3) die molekularen Eigenschaften von SEP1 aufzuklären, 4) die molekulare Struktur des ASIC1a-SEP1 Komplexes aufzuklären und 5) den Einfluss von SEP1 auf das neurodegenerative Potenzial von ASIC1a zu untersuchen. Um diese Ziele zu erreichen, werden wir eine Vielfalt von molekularen, biochemischen, zellbiologischen und elektrophysiologischen Methoden verwenden, unter anderem konfokale Fluoreszenzmikroskopie, Patch-Clamp, Messungen an akuten Hirnschnitten, Immunhistochemie, virale Transfektion, subzelluläre Fraktionierung, siRNAs und (in Kollaboration) cryo-EM; darüber hinaus haben wir eine Kolonie von Mäusen mit einem genetischem Knock-Out des neuen Interaktionspartners etabliert. In der Summe wird der Antrag den Einfluss von SEP1 auf das Trafficking, die subzelluläre Verteilung und die elektrophysiologischen Eigenschaften von ASIC1a, sowie auf die neuronale Erregbarkeit aufklären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Nikolaus Plesnila
• Kooperationspartnerin: Isabelle Baconguis, Ph.D.