Neuronale Signalwege: Stabilisierung von Synapsen

Für die Entstehung und den Verlauf von Erkrankungen des zentralen Nervensystems (ZNS) spielen Fehlfunktionen von Genen, die für die Bildung und Stabilisierung von Synapsen verantwortlich sind, eine wichtige Rolle. So sind neurodegenerative und auch psychische Erkrankungen mit der Änderungen der Größe und mit dem Verlust exzitatorischer und inhibitorischer Synapsen in ausgesuchten Bereichen des Gehirns verknüpft.

Wir untersuchen molekulare Mechanismen der Synapsenbildung und -stabilisierung an in vitro und in vivo Systemen. Dazu werden Gentransfermethoden (virale RNA Interferenz oder Überexpression von mutierten Proteinen) mit immunzytochemischen und immunhistologischen Methoden kombiniert. 3D Rekonstruktionen von spezifisch markierten Synapsen werden herangezogen, um diese Strukturen der neuronalen Signalweiterleitung im Gewebe oder in Zellkulturen zu quantifizieren.

In inhibitorischen Synapsen werden GABAA Rezeptoren durch submembranale Gephyrincluster organisiert. Transmembranrezeptoren und neuronale Signalwege werden untersucht, die die Anzahl und Größe von Gephyrin kontrollieren. Beispielsweise ist das Zelladhäsionsmolekül Neurofascin am Axoninitialsegment an der Stabilisierung von Gephyrinclustern in vivo beteiligt. Diese Funktion wird durch Wechselwirkungen mit dem FGFR1 gesteuert.

Aktuelle Forschungsthemen sind:

• GABAA Rezeptoren bei posttraumatischen Belastungsstörungen (P2DS),
• Synaptische Stabilität bei neurodegenerativen Erkrankungen (Mitomodels),
• Signaltransduktion des Gephyrin clustering.

Publikationen:

Wuchter J, Beuter S, Treindl F, Herrmann T, Zeck G, Templin MF, Volkmer H (2012). A Comprehensive Small Interfering RNA Screen Identifies Signaling Pathways Required for Gephyrin Clustering. The Journal of Neuroscience, October 17, 32(42):14821–14834.

Kriebel M, Metzger J, Trinks S, Chugh D, Harvey RJ, Harvey K, Volkmer H. (2011). The cell adhesion molecule neurofascin stabilizes axo-axonic GABAergic terminals at the axon initial segment. J Biol Chem. 2011 Jul 8;286(27):24385-93.

Kirschbaum K, Kranz E, Kriebel M, and Volkmer H. (2009). Analysis of non-canonical FGFR1 interaction reveals regulatory and activating domains of neurofascin. Journal of Biological Chemistry 284: 28533-28542.

Hansen RK, Christensen C, Korshunova1 I, Kriebel M, Burkarth N, Kiselyov VV, Olsen M, Østergaard S, Holm A, Volkmer H, Walmod PS, Berezin V and Bock E (2007). Identification of NCAM-binding peptides promoting neurite outgrowth via a heterotrimeric G-protein-coupled pathway. Journal of Neurochemistry 103(4):1396-407.

Burkarth N., Kriebel M., Kranz E. and Volkmer H (2007). Neurofascin regulates the formation of Gephyrin clusters and subsequent translocation to the axon hillock of hippocampal neurons. Mol Cell. Neurosci. 36(1):59-70.

Niere M, Braun B, Gass R, Sturany S and Volkmer H (2006). Combination of engineered neural cell adhesion molecules and GDF-5 for improved neurite extension in nerve guide concepts. Biomaterials 27(18):3432-40.

Pruss T, Kranz E, Niere M and Volkmer H (2006). A regulated switch of chick neurofascin isoforms modulates ligand recognition and neurite extension. Mol. Cell Neurosci. 31(2):354-65.

Pruss T, Niere M, Kranz E, and Volkmer H (2004). Homophilic interactions of neural cell adhesion molecule neurofascin are important for cell adhesion and neurite induction. Eur. J. of Neurosci. 20: 3184-3188.