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. Wir konnten zeigen, dass KIBRA
ein neues Substrat der Protein Kinase C (PKC) darstellt, welcher ihrerseits eine wichtige Funktion bei der
Neurotransmission einnimmt. Insgesamt weisen unsere Versuche auf eine Rolle von Dendrin, KIBRA und
PKC 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.
Neben Insulin konnten wir Acetylcholin als neuen ARC-Induktor identifizieren. Vermittelt über die
Klasse der muskarinergen Acetylcholinrezeptoren führt auch dieser Neurotransmitter zu einer schnellen
Aktivierung des ARC Gens. Dieser Befund deutet ebenfalls auf eine Schlüsselrolle von ARC bei der
aktivitätsregulierten synaptischen Übertragung 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 das Poly-A-Bindungsprotein (PABP) als BC200 RNA
Interaktionspartner ermitteln. Unsere Untersuchungen zeigten, dass überraschenderweise die
RNA-Erkennungsdomänen III und IV von PABP in die Bindung mit demr A-reichen
Sequenzmotif der BC200 RNA eingebunden sind, denen vorher eine untergeordnete Rolle bei der Interaktion
mit RNA zugesprochen wurde. Das Vorhandensein von PABP im BC200 Ribonukleoproteinpartikel (BC200
RNP) deutet auf eine Funktion des Komplexes bei der Regulation der dendritischen Translation hin.
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