Fachbereich 13 - Biologie
Institut für Neuro- und Verhaltensbiologie
Experimentelle Tumorbiologie

RNA Transport und synaptische Plastizität

Thematik des Projektes ist die dynamische Vernetzung neuronaler Zellen. Dieser Prozess, der auch als "Synaptische Plastizität" bezeichnet wird, ist die Grundlage für Lern- und Gedächtnisvorgänge. Dabei werden im Bereich der Synapsen interzelluläre Kontakte aufgebaut, verfestigt oder auch gelöst. Die strukturellen Veränderungen an den Verbindungsstellen der Neuronen werden fortlaufend von schnellen, biochemischen Modifikationen begleitet, zu denen unter anderem eine lokale Proteinneusynthese in den Dendriten gehört. Hierfür ist neben dem Vorhandensein einer funktionellen Translationsmachinerie auch dendritisch-lokalisierte (m)RNA nötig. Aus der Gruppe von lokalisierten Transkripten haben wir die konstitutiv-exprimierte Dendrin mRNA, die aktivitätsinduzierte mRNA für das activity-regulated cytoskeleton-associated gene (ARC) und die nicht-kodierende, Primaten-spezifische BC200 RNA für unsere Untersuchungen ausgewählt.

Dendrin
Zur funktionellen Analyse des Dendrin Proteins haben wir mit Hilfe des "yeast two hybrid" - Systems potenzielle Proteininteraktionspartner isoliert. Dabei konnten wir neben bereits bekannten Zytoskelettproteinen aus der postsynaptischen Dichte, ein bisher nicht beschriebenes Polypeptid isolieren, welches wir KIBRA (kidney brain) genannt haben. KIBRA gehört zur Familie von WW-Proteinen, die als Interaktionspartner von Zielmolekülen mit einer internen Prolin-reichen Region fungieren. Insgesamt weisen unsere Versuche auf eine Rolle von Dendrin und KIBRA beim Zytoskelettumbau im Rahmen der synaptischen Plastizität hin.

ARC
Zur Analyse einer möglichen Verbindung zwischen neurodegenerativen Erkrankungen und der Expression des ARC Proteins haben wir zunächst den chromosomalen Lokus sowie die Sequenz des humanen ARC Gens bestimmt. Demnach liegt das ARC Gen auf Chromosom 8q24.3 und könnte somit ein Kandidatengen für verschiedene Formen der Epilepsie beim Menschen darstellen. Für die Untersuchung der intrazellulären Signalkaskaden, welche zu einer ARC Expression führen, konnten wir ein sehr effizientes Zellkultursystem mit humanen Neuroblastomazellen etablieren. Mit Hilfe dieses Systems ist es uns gelungen, Insulin als neuen Induktor der ARC mRNA Synthese zu bestimmen und Schlüsselmoleküle in der Insulin-vermittelten Geninduktion zu identifizieren. Unsere Daten weisen dabei interessanterweise auf die Korrelation eines gestörten Insulinmetabolismus, einer deregulierten ARC Expression und Gedächtnisstörungen im Rahmen der Alzheimer Demenz hin.

BC200
Durch die Kombination von biochemischen in vitro Methoden (Interaktionstests, chromatographische Aufreinigungen, etc.) mit molekularbiologischen in vivo Systemen (Mikroinjektionsanalysen, "yeast tri hybrid" - System, etc.) untersuchen wir die für den gerichteten BC200 RNA Transport notwendigen trans- agierenden Faktoren sowie das richtungsgebende Signal (zip code) auf dem kurzen nicht-kodierenden Transkript. Dabei konnten wir neben dem Poly-A-Bindungsprotein zwei weitere bekannte RNA Bindungsproteine als BC200 RNA Interaktionspartner ermitteln. Das Vorhandensein dieser Polypeptide im BC200 Ribonukleoproteinpartikel deutet auf eine Funktion des Komplexes bei der Regulation der dendritischen Translation hin.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft, Hirnliga e.V.

Beteiligte Wissenschaftler:

Dr. J. Kremerskothen (Leiter), Prof. Dr. A. Barnekow, Dipl. Biol. K. Duning, Dipl. Biol. I. Teber, Dipl. Biol. I. Finger, cand. biol. K. Büther, cand. biol. S. Veltel, cand. biol. Chr.. Plaas, Dr. E. Mohr und Dr. S. Kindler, (Inst. für Zellbiochemie und klinische Neurobiologie, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf), PD T. Böckers, Dipl. Biol. D. Wendholt, Dipl. Biol. T. Liedke (Inst. für Anatomie, WWU Münster, Dr. D. Kuhl, (Zentrum für Molekulare Neurobiologie Hamburg), Prof. Dr. J. Brosius ( Inst. für experimentelle Pathologie, ZMBE, WWU Münster), Prof. Dr. em. S. Hoyer ( Inst. für Neurobiologie, Univ. Heidelberg), Prof. Dr. E.-J. Speckmann (Inst. für Physiologie, WWU Münster), Prof. Dr. M. Sudol (Mount Sinai Medical School, New York, USA), AxCell BioSciences (Newton, Pennsylvania, USA).

Veröffentlichungen:

Kremerskothen, J. Wendholt, D., Teber, I., Barnekow, A.: Insulin-induced expression of the activity-regulated cytoskeleton-associated gene (ARG) in human neuroblastoma cells requires p21ras, mitogen-activated protein kinase/extracellular regulated kinase and src tyrosine kinases but is protein kinase C independent. Neuroscience Letters, 321, 153-156 (2002).

Muddashetty, R., Khanam, T., Kondrachov, A., Bundman, M., Iacoangeli, A., Kremerskothen, J., Duning, K., Barnekow, A., Huttenhofer, A., Tiedge, H., Brosius, J.: Poly(A) binding protein is associated with neuronal BC1 and BC200 ribonucleoprotein particles. J. Mol. Biol. 321, 433-445 (2002).

Kremerskothen, J., Teber, I., Wendholt, D., Liedke, T., Böckers, T. M., Barnekow, A.: Brain-specific splicing of alpha-actinin 1 (ACTN1) mRNA. Biochem. Biophys. Res. Commun. 295, 678-681 (2002).