Regulation neuronaler Cadherine durch aktivitätsabhängige lokale Änderungen des pH-Wertes im synaptischen Spalt

• Applicants: Professor Dr.-Ing. Werner Baumgartner; Professorin Dr. Nikola Golenhofen
• Subject Area: Molecular Biology and Physiology of Neurons and Glial Cells
• Term: from 2008 to 2013
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 98219538

Die Fähigkeit zur Adaptation der synaptischen Transmissionseffizienz an veränderte neuronale Aktivitäten (synaptische Plastizität) stellt eine wichtige dynamische Eigenschaft des Nervengewebes dar. Viele Untersuchungen fokussieren auf die Frage nach den Signalmechanismen, die für eine erhöhte Freisetzung von Neurotransmittern und für eine erhöhte Sensitivität an der Postsynapse verantwortlich sind, und so funktionell die Potenzierung synaptischer Übertragungen erklären können. In jüngerer Zeit rücken Fragen zu den strukturellen Veränderungen an Synapsen, die zusätzlich zu den dynamischen Prozessen für die langfristige Veränderung der synaptischen Übertragung verantwortlich sind, zunehmend mehr in den Vordergrund. Die Arbeitsgruppen der Antragsteller haben in den letzten Jahren wesentliche Beiträge zu diesem Thema erbracht, indem sie mit innovativen Methoden wie der Atomkraftmikroskopie auf Einzelmolekülebene zeigen konnten, dass Veränderungen der Adhäsionsstärke der Cadherine durch aktivitätsabhängigen Abfall der Ca2+-Konzentration im synaptischen Spalt die Transmissionszonen und so die räumliche Struktur von Synapsen modulieren kann. Im vorliegenden Antrag soll der Einfluss des extrazellulären pH-Wertes, der aktivitätsabhängigen Schwankungen unterliegt, auf die Cadherin-Adhäsion untersuchet werden. Dies soll auf Einzelmolekülebene mit der Atomkraftmikroskopie und auf zellulärer Ebene mit der Laserpinzetten-Technik erfolgen. Um der Frage nachzugehen, ob das Ausmaß der physiologisch auftretenden pH-Veränderungen im synaptischen Spalt tatsächlich ausreicht, um die Cadherin-Funktion signifikant zu beeinflussen, soll an kultivierten hippocampalen Neuronen der pH-Wert im synaptischen Spalt bei neuronaler Aktivität bestimmt werden. Der Vergleich der pH-Sensitivität der untersuchten Cadherine mit den pH-Werten im synaptischen Spalt bei neuronaler Aktivität wird wesentliche neue Einsichten in grundlegende Mechanismen der synaptischen Plastizität erlauben.

• DFG Programme: Research Grants