Funktionen und Molekulare Mechanismen der AP-1 und AP-2 Komplexe und ihrer Untereinheiten

• Antragsteller: Professor Dr. Peter V. Schu
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 86873670

Die vesikuläre Proteinsortierung im post trans-Golgi Netzwerk (TGN) sekretorischen und in endocytotischen Wegen wird wesentlich durch die Familie der heterotetrameren Adaptor-Protein Komplexe, AP-1 bis AP-5, bewerkstelligt. Defizienz in AP-1 oder AP-2 ist embryonal letal. Defizienz in einem der 3 anderen Komplexe führt zu schweren neurologischen Krankheitsbildern. AP-1 und AP-2 formen ,Clathrin-coated-Vesicle‘ (CCV). AP-2 ausschliesslich an der Plasmamembran zur Endocytose. Unsere Maus ,knock-out‘ Modelle der AP-1 Adaptine zeigten, dass AP-1 Proteine bidirektional zwischen TGN/Endosomen sortiert. Der AP-1 Komplex unterscheidet sich von den weiteren Komplexen durch eine Vielzahl an gewebsspezifischen Isoformen. Der ubiquitäre γ1/AP-1 Komplex wird durch die Adaptine γ1, β1, μ1A und σ1A gebildet und diese sind essentiell für die Embryonalentwicklung von Vertebraten. Die Isoformen σ1B und σ1C zeigen komplementäre gewebsspezifische Expressionshöhen und Gewebe enthalten daher neben AP-1/σ1A noch AP-1/σ1B oder AP-1/σ1C Komplexe. Die γ2 Isoform ist seit 18 Jahren bekannt, aber kaum untersucht. γ1 ist in allen Eukaryoten vorhanden, γ2 nur in Vertebraten/Pflanzen. Wir haben σ1B-Adaptin Funktionen im Maus ,knock-out‘ studiert. σ1B-Defizienz beeinträchtigt nicht die Vitalität, führt aber zu erheblichen Störungen des Lernens und des Gedächtnis. Das σ1B Gen liegt bei Mensch und Maus auf dem X-Chromosom (X-chromosomal vererbte neuronalen Entwicklungsstörung). In hippocampalen Synapsen der knockout Tiere ist das Recycling synaptischer Vesikel verlangsamt und nicht alle Vesikel werden wieder gebildet. Parallel hierzu vergrössern sich Endosomen. Damit ist AP-1 für das Recycling synaptischer Vesikel über endosomale Zwischenstufen essentiell. Auf den Endosomen akkumuliert der ubiquitäre γ1/σ1A AP-1 Komplex. In diesen Synapsen akkumulieren auch endocytotische AP-2 CCV. Dies überrascht, da mit dem Recycling synaptischer Vesikel der aktivste vesikuläre Transportweg gestört ist. Ergebnisse: γ1/σ1A AP-1 stimuliert die Reifung früher Endosomen in späte mulitvesikuläre Endosomen über ArfGAP1/Rabex-5 und Rab5/Vps34. γ1/σ1B AP-1 hemmt diesen Weg. (2) γ2 ist ubiquitär, bindet an das TGN und periphere Vesikel, bildet AP-1 Komplexe und CCV. (3) γ2/σ1B AP-1 Komplexe hemmen die Funktion der γ2/σ1A AP-1 Komplexe; γ2 Komplexe sind essentiell für die Embryonalentwicklung. (4) In σ1B -/- Synapsen akkumulieren AP-2 CCV, weil die Endocytose erhöht ist und weil die Stabilität einer Gruppe der AP-2 CCV durch 3 molekulare Mechanismen verstärkt ist. Diese hemmen das ,uncoating‘ der CCV. Stabilisierte AP-2 CCV haben eine Funktion bei der Plastizität der aktiven Zone der prä-Synapse. Wir haben Kinasen und Phosphorylierungsstellen in Proteinen identifiziert, deren Häufigkeit durch die σ1B-Defizienz verändert wird. Deren Funktionen sollen charakterisiert werden. AP-1 Komplexe binden auch E3-Ubiquitin Ligasen und deren Mengen sind in den Synapsen verändert. Diese sollen analysiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen