Konfokales Laser-Scanning Mikroskop
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich schwerpunktmäßig mit der Funktion von mikroRNAs während der synaptischen Entwicklung und Plastizität von hippokampalen Nervenzellen der Ratte. In Vorarbeiten konnten wir mikroRNA Kandidaten identifizieren (miR-134, miR-138, miR-181a), die präferentiell an postsynaptischen Endigungen lokalisiert sind. Für zwei dieser mikroRNAs (miR-134, miR-138) konnten wir auch bereits eine Funktion während der Morphogenese von dendritischen Dornfortsätzen dokumentieren sowie die für diese Prozesse wesentlichen Regulationsmechanismen charakterisieren. Während des Berichtszeitraums (2011-2014) konnten wir mit Hilfe des neue beschafften Konfokalmikroskops nun die Funktion von miR-181a an exzitatorischen Synapsen entschlüsseln. Biochemische Experimente hatten gezeigt, dass die Expression von miR-181a durch Aktivierung dopaminabhängiger Signalwege gesteigert wird und zur Identifizierung eines neuen miR-181a Zielgens, der AMPA- typ Glutamatrezeptor-Untereinheit GluA2, geführt. Mit Hilfe der Konfokalen Fluoreszenzmikroskopie konnten wir weiterhin zeigen, dass miR-181a Expression die Oberflächenexpression von GluA2 an exzitatorischen Synapsen herabsetzt. Diese Daten konnten durch elektrophysiologische Messungen von postsynaptischen exzitatorischen Potenzialen (mEPSC) untermauert werden. Somit konnten wir erstmals einen mikroRNA-abhängigen Mechanismus aufklären, der direkt auf die synaptische Expression von Neurotransmitter-Rezeptoren abzielt. Im Rahmen eines Kollaborationsprojekts mit der AG Rappold (Universität Heidelberg) kam das konfokale Mikroskop zum Einsatz, um die Auswirkungen von in autistischen Patienten vorliegenden Mutationen innerhalb des Shank2-Gens auf die Ausbildung und Morphologie dendritischer Dornfortsätze zu dokumentieren. Das konfokale Mikroskop lieferte zudem einen essentiellen Beitrag zur Aufklärung des molekularen Mechanismus, der dem gerichteten dendritischen Transport von miR-134 zugrunde liegt. Mittels hochauflösender Fluoreszenzmikroskopie konnten wir zeigen, dass der dendritische Transport der miR-134 Vorläufer RNA (prä-miR-134) in Nervenzellen, denen das prä-miR-134 interagierende Protein DHX36 fehlt, gestört ist. Zudem konnten wir erste Ergebnisse bzgl. eines aktivitätsabhängigen dendritischen Transports der prä-miR-134 gewinnen. In einem weiteren Projekt, das im Bezug zum konfokalen Mikroskop steht, konnten wir erstmalig eine nukleäre Lokalisation spezifischer neuronaler mikroRNAs mittels fluoreszenter in situ Hybridisierung nachweisen. Schließlich trugen konfokale Fluoreszenz-Mikroskopie-Aufnahmen von dendritischen Dornfortsätzen und synaptisch lokalisierten AMPA-typ Glutamat-Rezeptoren zur Aufklärung der Funktion von miR-134 währender der homoöstatischen Plastizität in hippokampalen Neuronen bei. In diesem Projekt konnte zudem ein neuer Signalweg identifiziert werden (Pum2-Plk2-GluA2), der von miR- 134 aktivitätsabhängig reguliert wird und der für die Internalisierung von Glutamatrezeptoren als Antwort auf chronisch erhöhte Netzwerkaktivität mitverantwortlich ist.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Inherited and de novo SHANK2 variants associated with autism spectrum disorder impair neuronal morphogenesis and physiology. Hum Mol Genet. 2012; 15;21(2):344-57
Berkel S, Tang W, Treviño M, Vogt M, Obenhaus HA, Gass P, Scherer SW, Sprengel R, Schratt G, Rappold GA
- The dopamine-regulated microRNA, miR-181a, controls GluA2 surface expression in hippocampal neurons. Mol Cell Biol. 2012; 32(3):619-32
Saba, R., Störchel, P.H., Aksoy-Aksel, A., Kepura, F., Lippi, G., Plant, T.D. and Schratt, G.
- A comprehensive characterization of the nuclear microRNA repertoire of post-mitotic neurons. Front. Mol. Neurosci. 2013; 6: 43
Khudayberdiev S, Zampa F, Rajman M and Schratt G
- The DEAD-box helicase DHX36 mediates dendritic transport of the neuronal precursor-microRNA-134. Genes Dev 2013; 27:991-996
Bicker S, Khudayberdiev S, Weiss K, Zocher K, Baumeister S, Schratt G
- miR-134-dependent regulation of Pumilio2 is necessary for homeostatic synaptic depression, EMBO J, 2014; 33:2231-46
Fiore R, Rajman M, Schwale C, Bicker S, Antoniou A, Bruehl C, Draguhn A, Schratt G
(Siehe online unter https://doi.org/10.15252/embj.201487921)
