Molecular Mechanisms of Serotonergic Signaling: Role in Neuronal Outgrowth and Receptor Oligomerization

Abstract

Rolle des 5-HT7/G12 Signalwegs bei der Morpho- und Synaptogenese. Der Neurotransmitter Serotonin (5-Hydroxytryptamin oder 5-HT) moduliert, zusätzlich zu seiner Funktion als Neurotransmitter, verschiedene Aspekte der frühen neuronalen Differenzierung, einschließlich des Neuritenwachstums und der Synaptogenese. Diese Arbeit zeigt, dass die Aktivierung des 5-HT7 Serotoninrezeptors dendritische Verzweigungen, die Formation neuer Synapsen und die spontane synaptische Aktivität fördert. Die durch die Stimulation des 5-HT7 Rezeptors ausgelösten morphologischen Veränderungen wurden ausschliesslich durch das G12 Protein vermittelt, was die wichtige Rolle des 5-HT7/G12 Signalswegs für die Formation von dendritischen Filopodien und der Synaptogenese unterstreicht. Die Analyse von organotypischen Präparationen des Hippokampus juveniler Mäuse zeigte, dass die Aktivierung des 5-HT7/G12 Signalwegs die Formation von dendritischen Spines und die basale neuronale Erregbarkeit erhöhen und zu robusten Veränderungen der Long Term Potentiation führen. Gleichzeitig konnte demonstriert werden, dass die Expression des 5-HT7 Rezeptors sowie des G12 Proteins während der Entwicklung signifikant abnahm. Demzufolge waren die durch den 5-HT7/G12 Signalwegs ausgelösten Veränderungen in adulten Mäusen aufgehoben. Somit kann die regulierte Expression des 5-HT7 Rezeptors und des G12 Proteins einen molekularen Mechanismus darstellen bei dem Serotonin die Formation grundlegender neuronaler Verbindungen während der frühen postnatalen Entwicklung spezifisch moduliert. Oligomerisation des 5-HT1A Rezeptors. Die vorliegende Studie analysiert den Oligomerisationszustand des 5-HT1A Rezeptors und untersucht die Oligomerisationsdynamik in lebenden Zellen. Gleichzeitig wurde der Einfluss der Rezeptorpalmitoylierung auf diesen Prozess untersucht. Biochemische Analysen die in Neuroblastomazellen, N1E-115, durchgeführt wurden zeigten, dass beide, palmitoylierte und nicht-palmitoylierte 5-HT1A Rezeptoren, Homo-Oligomere bilden und, dass die vorherrschende Rezeptorspezies an der Plasmamembran Dimere sind. Eine Kombination von Akzeptor-Photobleaching FRET mit Fluoreszens Lifetime Messungen verifizierte die Interaktion von CFP- und YFP gelabelten Wildtyp sowie Acylation-defizienten 5-HT1A Rezeptoren an der Plasmamembran lebender Zellen. Durch die Nutzung einer neuen FRET Technik, die auf spektraler Analyse beruht, konnte die spezifische Natur der Rezeptoroligomerisierung bestätigt werden. Die Analyse der Oligomerisationdynamik zeigte, dass die apparente FRET Effizienz die bei Wildtyp Oligomeren in Reaktion auf Agoniststimulation gemessen wurde, signifikant erniedrigt war. Die kombinierten Ergebnisse lassen darauf schliessen, dass diese Erniedrigung durch Akkumulation von FRET negativen Komplexen und nicht durch die Dissoziation von Oligomeren zu Monomeren vermittelt werden. Im Kontrast dazu, war der Agonist vermittelte Rückgang des FRET Signals bei Oligomeren aus nicht-palmitoylierten Rezeptor Mutatanten komplett aufgehoben, was auf die Bedeutung der Palmitoylierung bei der Modulation der Struktur der Oligomere hinweist.