Einfluss der durch Atlastin Mutationen und ER-Strukturumwandelungen ausgelösten Veränderungen von Kernkalziumsignalen auf Genregulation und neuronale Funktionen.

• Antragsteller: Professor Dr. Hilmar Bading
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 458156905

Die meisten Plastizität-relevanten Prozesse im Nervensystem, insbesondere Lernen und Gedächtnis, werden von Kalzium-regulierten Signalwegen gesteuert. Ein Anstieg der intrazellulären Kalziumkonzentration, der durch synaptische Aktivität induziert wurde, aktiviert lokale, signalgesteuerte Ereignisse in der Nähe der Eintrittsstelle von Kalzium in das Zytosol. Allerdings können Kalziumsignale sich auch über das gesamte Neuron verbreiten, in den Zellkern eindringen und zur Aktivierung oder Repression der Gen-Transkription führen. Das neuronale endoplasmatische Retikulum (ER) spielt eine wichtige Rolle in der zellulären Kalzium Signalverarbeitung. Es ist jedoch unbekannt, ob und wie sich die morphologischen Merkmale des ER auf die räumlichen Aspekte und die Dynamik von Kalziumsignalen und Kalzium-abhängigen Funktionen, insbesondere jenen im Zellkern, auswirken. In den letzten Jahren wurden viele verschiedene Proteine beschrieben, die eine Funktion in der Gestaltung der ER-Architektur haben. Die ‚tubule curving reticulons’ und die ‘tubule fussing GTPase atlastins’ (ATLs) repräsentieren zwei Gruppen von Schlüsselakteuren bei der Entwicklung und der Aufrechterhaltung der ER-Morphologie und sind für bestimmte Formen neurodegenerativer Erkrankungen im Menschen verantwortlich. Das Ziel dieses Projekts ist es, den Einfluss von strukturellen Veränderungen der ER-Architektur auf synaptisch induzierte Kernkalziumsignale, Genexpression und neuronale Funktionen zu untersuchen. Wir werden „loss-of-function“ Mutationen der ER-Architektur-regulierenden Mitgliedern der ATL Familie sowie RNA-Interferenzen in Hippocampus-Neuronen verwenden, um die ER-Morphologie zu verändern und die Konsequenzen davon für die Aktivierung von Kernkalzium-regulierten Genen untersuchen, die für die Konsolidierung von Neuroadaptationen und neuronalem Überleben wichtig sind. Die geplanten in vitro Studien konzentrieren sich auf erworbene Neuroprotektion, unter der man eine erhöhte Überlebensaktivität versteht, die über synaptische Aktivität und Kernkalzium induziert wird. Weiterhin sind in vivo Studien geplant, in denen rekombinante Adeno-assoziierte Viren, die Expressionskassetten für GTPase-inaktive dominant-negative ATLs oder Atlastin spezifische shRNAs enthalten, stereotaktisch in den Maus-Hippocampus injiziert werden. Mit diesen Experimenten soll der Beitrag der ER-Morphologie zur Lern-assoziierten Genexpression und Hippocampus-abhängigen Gedächtniskonsolidierung untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen