Funktionelle Untersuchung Kinesin-assoziierter RNA Transport-Granula in Neuronen

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 313496798

Teilprojekt zu SPP 1935: Deciphering the mRNP code: RNA-bound determinants of post-transcriptional gene regulation

Die dynamische Regulation der Translation ist in Neuronen von kritischer Bedeutung für verschiedene neuronale Zellfunktionen wie die Synaptogenese, synaptische Plastizität und eine Signalleitung von Synapsen zum Zellkern. Einzelne dendritisch lokalisierte mRNAs können weit entfernt vom Soma in der Nähe der Synapsen als Matrizen für die lokale Synthese bestimmter Proteine genutzt werden. Zu diesem Zweck werden diese Transkripte in mRNP-Granula rekrutiert und in Dendriten transportiert. Obwohl die konventionellen Kinesine Kif5a-c bereits vor über zehn Jahren als wichtige molekulare Motoren des dendritischen mRNP Transports identifiziert wurden, ist die molekulare Zusammensetzung sowie die Assemblierung und dynamische Umstrukturierung dieser mRNPs nur wenig erforscht. Zudem ist die Bedeutung einzelner mRNP Komponenten für die Erkennung von Ziel-mRNAs, den dendritischen Transportprozess und die lokale Translationskontrolle unklar. Ziel unseres Projektes ist eine funktionelle und strukturelle Charakterisierung Kif5-assoziierter Transport-Granula (KTG). Insbesondere werden wir (1) KTG mit Hilfe etablierter Methoden aus dem Gehirn von Nagern isolieren und eine umfassende Beschreibung der molekularen Komponenten auf Protein- und Transkriptebene durchführen und (2) Mechanismen der Assemblierung und Reifung dieser mRNPs durch den Vergleich von zytosolischen und nukleären KTG analysieren. Zudem soll unser initialer Befund einer veränderten KTG Zusammensetzung in FMRP defizienten Mäusen weiter verfolgt werden, der auf einen Zusammenhang zwischen KTG-Dysfunktion und neuronalen Erkrankungen hindeutet. Hierbei wir werden der Hypothese nachgehen, dass KTG aus verschiedenen Subkomplexen aufgebaut sind, von denen einzelne bei einem selektiven Ausfall von FMRP nicht in KTG rekrutiert werden. Schließlich (3) soll die molekulare Bedeutung einzelner Komponenten der KTG hinsichtlich des dendritischen mRNA Transports und der lokalen Proteinsynthese in Dendriten bestimmt werden. Dazu werden wir Schlüsselproteine der KTG durch lentiviralen shRNA-knockdown in primären hippocampalen Neuronen ausschalten, und die infizierten Zellen mit Hinblick auf die Bildung von KTG, Lokalisation bestimmter dendritischer mRNAs und Translationseffizienz neuronaler Transkripte analysieren. Das langfristige Ziel unseres Projektes ist, die funktionelle Relevanz der KTG für die synaptische Plastizität zu bestimmen. Weiterhin wollen wir ermitteln, wie ein Funktionsverlust der KTG die Funktionalität der Synapsen sowie plastizitätsbezogenes Verhalten beeinflusst und so zu neuronalen Entwicklungsstörungen bzw. psychiatrischen Erkrankungen beitragen kann.