Postsynaptische Shank-Proteine als Effektoren für G-Proteine der Ras-Familie

• Antragsteller: Professor Dr. Hans-Jürgen Kreienkamp
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 407143299

Mutationen im SHANK3-Gen sind mit Erkrankungen aus dem Autismus-Spektrum assoziiert. Die pathologische Relevanz der vielen gefundenen missense Mutationen ist jedoch unklar, da sie bisher nicht mit einem molekularen Defekt des postsynaptischen Shank3-Proteins korreliert werden konnten. Durch biochemische Ansätze, Expression in Neuronen sowie durch Röntgenstrukturanalyse haben wir eine N-terminale Domäne von Shank3 identifiziert, die einerseits einen intramolekularen, regulatorischen Einfluss auf die ankyrin repeat region (Ank) ausübt, andererseits mit hoher Affinität an aktive (GTP-gebundene) G-Proteine der Ras-Familie (H-,K-,N-,R-Ras, Rap1, Rap2) bindet. Funktionell führt dies unter anderem dazu, dass Shank3 die Aktivierung von Integrinen durch Rap1 inhibiert. Unsere Beobachtung, dass die Bindung an Ras bzw. Rap durch mehrere bei Patienten gefundene Mutationen (R12C; L68P) zerstört wird, zeigt erstmals einen klaren molekularen Defekt bei SHANK3 missense Mutationen auf. Da Ras- und Rap-Varianten die Bildung, Homöostase und Plastizität von Synapsen stark beeinflussen, werden wir hier untersuchen, inwiefern Shank3 diese Effekte der kleinen G-Proteine an Synapsen vermittelt. Dazu werden wir den Effekt von Ras-Varianten auf die Struktur bzw. Konformation von Shank3, sowie auf die Interaktionen des Proteins untersuchen. In kultivierten Neuronen werden wir einerseits analysieren, wie sich aktive G-Proteine auf die Lokalisation von Shank3 in dendritischen Dornen und in sog. nano-Clustern auswirkt. Andererseits wollen wir klären, wie aktives Ras oder Rap die Rolle von Shank3 bei der Bildung und Plastizität der postsynaptischen Dichte, der dendritischen Dornen sowie der Synapsen beeinflusst. Durch den Einsatz der bei Patienten gefundenen Mutationen stehen uns exzellente Negativkontrollen zur Verfügung; weiterhin können die Ergebnisse in einer Mauslinie validiert werden, die die L68P-Mutation im Shank3-Gen trägt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen