Struktur und Funktion der Synaptic Ribbons in RIBEYE Knockout- und RIBEYE Knockin Mäusen

• Antragsteller: Professor Dr. Frank Schmitz
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 299146931

Photorezeptorsynapsen sind tonisch aktive Ribbonsynapsen, die Licht-induzierte, abgestufte Änderungen des Membranpotentials zur Modulation einer kontinuierlichen Vesikelexozytose nutzen. Ribbonsynapsen können die schnelle Exozytose synaptischer Vesikel lange aufrecht erhalten. Dazu besitzt die Ribbonynapse eine große aktive Zone mit beonderen Strukturspezialisierungen, den Synaptic Ribbons. Synaptic Ribbons stehen im Zentrum eines intensiven Membranverkehrs. RIBEYE ist eine spezifische Proteinkomponente der Synaptic Ribbons und möglicherweise deren Hauptbestandteil. RIBEYE besteht aus einer aminoterminalen A-Domäne und einer carboxyterminalen B-Domäne, die weitgehend mit dem Protein CtBP2 identisch ist. Die genaue Rolle der Ribbons konnte bisher nicht eindeutig geklärt werden, insbesondere weil ein Mausmodell fehlte, bei dem die Synaptic Ribbons selektiv ausgeschaltet sind. Im vorliegenden Projektantrag wollen wir die Bedeutung des Proteins RIBEYE für Aufbau und Funktion der Synaptic Ribbons mit der RIBEYE Knockout-Maus klären. Präliminäre morphologische Untersuchungen der RIBEYE Knockout Maus zeigen das vollständige Verschwinden der Synaptic Ribbons in Ribbonsynapsen. Im vorliegenden Antrag wollen wir diese Untersuchungen fortführen und vertiefen. Abgesehen vom Fehlen der Synaptic Ribbons scheint die präsynaptische Terminale ultrastrukturell unverändert zu sein. Die RIBEYE Knockout Maus ist somit ein ideales Modell, um die Funktion der Synaptic Ribbons selektiv zu untersuchen. Hochauflösende morphologische Methoden sollen eingesetzt werden, um die Struktur und Zusammensetzung des Synaptic Ribbon-Komplexes sowie der mit den Ribbons assoziierten aktiven- und peri-aktiven Zone zu untersuchen. Funktionelle Untersuchungen sollen primär mit Imaging-Verfahren unter Verwendung von neu generierten transgenen synaptischen Reportermäusen (Reportermäuse für Exo- und Endozytose sowie präsynaptischem Ca2+) sowie anderen Methoden durchgeführt werden. Wir wollen diese synaptischen Reportermäuse nutzen, um die Ribbonsynapsen der RIBEYE Knockout Mäuse auf Störungen im synaptischen Vesikelzyklus zu untersuchen. In einem weiteren Teilprojekt wollen wir die Bedeutung der B-Domäne von RIBEYE für die Struktur und Funktion der Synaptic Ribbons und der Ribbonsynapse charakterisieren. Zur Beantwortung dieser Frage wollen wir eine RIBEYE Knockin Maus einsetzen, bei der die B-Domäne von RIBEYE mit genetischen Methoden selektiv deletiert wurde und RIBEYE somit nur noch aus der A-Domäne besteht (sowie einem künstlich abgehängten Carboxyterminus). Die RIBEYE Knockin Maus ist somit ein geeignetes Modell zur Untersuchung der Rolle der RIBEYE(B)-Domäne. Wir wollen neben biochemischen und molekularen Techniken hochauflösende morphologische Untersuchungen zur Analyse der Synaptic Ribbons sowie der mit ihnen assoziierten aktiven und peri-aktiven Zonen einsetzen. Mit den synaptischen Reportermäusen wollen wir die funktionellen Auswirkungen auf die Synapse untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen