Project Details
Projekt
Functional analysis of synaptic cytomatrix proteins by novel, minimal-invasive Picosecond-FLIM and Picosecond-Anisotropy Fluorescence Imaging Microscopy
Applicant
Dr. Werner Zuschratter
Subject Area
Biophysics
Term
from 2003 to 2008
Project identifier
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5391773
Synapsen sind hochspezialisierte Kontaktstellen zur Kommunikation zwischen Nervenzellen. Auf beiden Seiten des Kontaktes befinden sich supra-molekulare Proteinkomplexe, welche die prä- und postsynaptischen Elemente zusammenhalten und die molekularen Interaktionen organisieren. Die Generierung und das Recycling von diesen strukturbildenden Proteinkomplexen sind noch wenig verstanden und sollen innerhalb des vorliegenden Antrages mit Hilfe von neuartigen, höchstauflösenden Mikroskopieverfahren untersucht werden, wie zB mit minimal-invasivem Picosekunden-FLIM und Picosekunden-Anisotropie Fluoreszenz-Imaging. Jüngste Fortschritte in den molekularbiologischen Techniken in Verbindung mit Verbesserungen in der Mikroskopentwicklung ermöglichten die Aufklärung der Zusammensetzung der Cytomatrix aktiver Zonen (CAZ). Diese Studien haben gezeigt, daß mehrere multi-domain Zytoskelett-assoziierte Proteine, einschliesslich RIM, Bassoon, Piccolo/Aczonin und Munc-13, spezifisch an der aktiven Zone lokalisiert sind, was auf eine herausragende Bedeutung dieser Proteine bei der Organisation der molekularen Maschinerie innerhalb der CAZ hinweist. Auf Ultrastrukturebene fand man, daß Bassoon und Piccolo zusammen mit anderen Synapsen-assoziierten Proteinen in 80 nm dense core Vesikeln transportiert werden, was zur Hypothese von "vorfabrizierten" Precursor Vesikeln führte, welche bei Bedarf schnell neue funktionelle synaptische Kontakte generieren. Unter Verwendung der oben angeführten neuen Mikroskoptechniken mit höchster Auflösung sind wir optimistisch, die funktionelle Bedeutung dieser Strukturproteine bei der Organisation der CAZ aufzuklären, in dem wir ihre Interaktionen mit anderen Bindungspartnern während der Bildung, der Reifung und des Umbaus von Synapsen bestimmen. Summary: Synapses are highly specialised sites of cell-cell contact for communication between nerve cells. On both sites of the contact, supra-molecular protein complexes are assembled that are thought to keep pre- and postsynaptic elements in register and to organise molecular interactions in three dimensions. The genesis and recycling of these synapse-specific scaffolding protein complexes are poorly understood and will be investigated within the current proposal by using novel, spatio-temporal microscopy of ultra-high resolution, i.e. minimal-invasive Picosecond-FLIM and Picosecond-anisotropy fluorescene imaging. Recent progress in molecular-biological techniques, in combination with advances in microscope design, has made it feasible to uncover the molecular composition of the cytomatrix of active zones (CAZ). These studies have shown that several multidomain cytoskeleton-associated proteins, including RIM, Bassoon, Piccolo/Aczonin and Munc-13, are specifically localised at the active zone, indicating a pivotal role of these proteins in organising the molecular machinery at the CAZ. At the ultra-structural level, Bassoon and Piccolo have been found to co-migrate with several other synapse-associated proteins in a 80 nm dense core vesicle, leading to the hypothesis of "prefabricated" precursor vesicles that might quickly generate new functional synaptic contacts on demand. Using the above mentioned novel microscopy techniques of ultra-high resolution, we are confident to be able to elucidate the functional role of these scaffolding proteins in organising the CAZ, by determining their interactions with binding partners during generation, maturation and remodelling of synapses.
DFG Programme
Priority Programmes
