Role of the different domains of PSD-95 in basal synaptic transmission

Abstract

Die Fähigkeit des Gehirns, zu lernen und somit Information im Gedächtnis einzuspeichern, korreliert mit Veränderungen in der Stärke der synaptischen Transmission. An exzitatorischen Synapsen in der CA1-Region des Hippocampus wird die synaptische Transmission imWesentlichen durch in der postsynaptische Verdichtung befindliche AMPA-Rezeptoren reguliert. Deren Funktion wird durch PSD-95 reguliert, das zusammen mit PSD-93, SAP97 und SAP102 zur Familie der DLG-MAGUK-Proteine gehört. DLG-MAGUK-Proteine ähneln sich strukturell in der Anordnung von funktionalen Protein-Domänen. Sie haben 3 PDZ- Domänen, eine SH3- Domäne und eine indes katalytisch inaktive GK-Domäne. Von allen DLG-MAGUK-Proteinen kommt PSD-95 in reifen exzitatorischen Synapsen am häufigsten vor. PSD-95 interagiert mit mehreren anderen zellularen Proteinen. Die vorliegenden Studie verbindet zwei unterschiedliche Ansätze, um herauszufinden, ob und wie weit die Protein-Domänen für die Funktionalität des PSD-95 in der synaptischen Transmission essentiell sind. Zum einen wird die Methode des molekularen Austausch angewandt, bei dem die Expression des endogenen PSD-95 mittels Gen-Knockdown inhibiert und gleichzeitig eine genmutierte Form des PSD-95 exprimimiert wird. Der molekulare Austausch erfolgte regiospezifisch in Zellen, die zu funktionalen neuronalen Netzwerken gehören, in akuten hippokampalen Schnitten. Zum anderen wurde auch Gehirngewebe von Mäusen einer Deletionsmutate (Knockout-Linie) untersucht, bei welchen Mutanten des PSD-95 vor einem PSD-95 freien Hintergrund exprimiert wurden. Um festzustellen, welche Protein-Domäne in PSD-95 für die basale synaptische Transmission wichtig ist, wurde untersucht, ob deren Expression einzelner trunkierte Mutanten die Funktion des Proteins bei Abwesenheit von endogenem PSD-95 wiederherstellen kann. Dabei konnte gezeigt werden, daß mutiertes PSD-95, bei dem sowohl die PDZ3- als auch die SH3- und die GK-Domäne fehlte das endogene PSD-95 in bezug auf die basale synaptische Transmission n icht funktional ersetzen konnte. Die PDZ3- und SH3-Domäne allein genommen war hingegen nicht essentiell dafür, sehr wohl aber die GK- Domäne. Allerdings scheint die Essentialität der GK-Domäne von der Anwesenheit eines anderen Mitglieds der DLG-MAGUK-Proteinfamilie abzuhängen: erforderlich ist SAP102, welches synaptische Transmission in noch unreifen Synapsen reguliert. In Synapsen, die noch in Bildung begriffen sind, hängt es offenbar vom Entwicklungsstand der Synapse ab, ob die GK-Domäne des PSD-95 für die basale synaptische Transmission notwendig ist, wobei der ein Fehlen der GK-Domäne den stärksten Effekt bei unreifen Synapsen hat. Zusammenfassend zeigen die Befunde, daß die N-terminalen PDZ12-Domänen in Verbindung mit der GK-Domäne des PSD95 für die funktionale Regulation von AMPA-Rezeptoren notwendig sind, wohingegen dessen SH3- und PDZ3-Domäne dabei nur eine unterstützende Rolle zuzuordnen ist.