Charakterisierung der Synapsen-spezifischen Verteilung des Proteins Mover während der Differenzierung neuronaler Primärkulturen
Characterization of the synapse-specific distribution of the protein Mover during the differentiation of neuronal primary cultures
by Rebecca Luise Buxton
Date of Examination:2025-01-13
Date of issue:2024-12-13
Advisor:Prof. Dr. Thomas Dresbach
Referee:Prof. Dr. Thomas Dresbach
Referee:Prof. Dr. Dilja Krueger-Burg
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-10933
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Format:PDF
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Abstract
English
The protein Mover was identified as a binding partner of the presynaptic scaffolding protein Bassoon using a yeast two-hybrid system. Biochemical studies have shown that Mover is associated with synaptic vesicles. Electrophysiological investigations provided evidence suggesting that Mover may regulate the release probability of neurotransmitters from synaptic vesicles. While one study indicated a promoting role for Mover, another suggested an inhibitory role. Previous studies using mouse brain slices revealed a complex distribution pattern of Mover across different types of synapses, within individual brain regions such as the hippocampus, and throughout the entire brain. An increased amount of the protein was detected in the anterior cingulate cortex of patients with schizophrenia. In this study, a systematic characterization of Mover's distribution in primary cultures at various developmental stages was conducted using fluorescence microscopy. Immunostainings were performed in hippocampal sandwich cultures (where glia and neurons are cultured in two separate compartments of a Petri dish), cortical co-cultures (where neurons and glia are cultured together on the same coverslip), and astrocyte monocultures. The results showed that Mover colocalizes with synaptic vesicle markers but is present only at a subset of synapses. Further analyses revealed that Mover is detectable at nearly all inhibitory synapses but only at a subset of excitatory synapses. Additionally, it was shown that Mover colocalizes with synaptoporin, a marker for mossy fiber terminals in the hippocampus, and is present in afferent nerve endings at inhibitory interneurons in the cortex. Beyond its presence at synapses, Mover can already be detected in very young astrocytes. In older cultures, it colocalizes with markers for lipid droplets. Overall, the findings of these cell culture studies support the hypothesis that Mover is enriched at synapses and that its localization shows a heterogeneous distribution pattern at synapses. Furthermore, they show that Mover is more heterogeneously distributed at excitatory synapses than at inhibitory synapses. Future studies can now investigate how Mover-negative and Mover-positive glutamatergic synapses functionally differ and the significance of increased Mover concentrations in the context of schizophrenia.
Keywords: Mover; primary cell cultures; presynapse; synaptic vesicles; lipid droplets
German
Das Protein Mover wurde in einem Hefe-Zwei-Hybrid-System als Bindungspartner des präsynaptischen Gerüstproteins Bassoon entdeckt. Es wurde biochemisch gezeigt, dass das Protein mit synaptischen Vesikeln assoziiert vorkommt. Elektrophysiologische Untersuchungen ergaben Hinweise darauf, dass Mover die Freisetzungswahrscheinlichkeit von Neurotransmittern aus synaptischen Vesikeln regulieren könnte, wobei eine Studie eine fördernde Rolle, die andere Studie eine hemmende Rolle von Mover nahelegt. Bisherige Studien an Hirnschnitten der Maus ergaben ein komplexes Verteilungsmuster von Mover an den verschiedenen Synapsentypen, innerhalb einzelner Hirnbereiche wie beispielsweise dem Hippocampus sowie über das gesamte Gehirn verteilt. Eine erhöhte Menge des Proteins wurde im anterioren cingulären Cortex von Schizophrenie-Patient*innen entdeckt. In dieser Arbeit wurde eine systematische Charakterisierung der Verteilung von Mover in Primärkulturen in verschiedenen Entwicklungsstadien mittels Fluoreszenzmikroskopie vorgenommen. Dafür wurden in hippocampalen Sandwichkulturen (in denen Glia und Neurone in zwei verschiedenen Kompartimenten einer Petrischale kultiviert werden), cortikalen Cokulturen (in denen Neurone und Glia auf demselben Deckglas zusammen kultiviert werden) und astrozytären Monokulturen Immunfärbungen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass Mover mit synaptischen Vesikelmarkern colokalisiert, aber nur an einem Teil der Synapsen vorkommt. Weitere Untersuchungen zeigten, dass Mover an nahezu allen inhibitorischen Synapsen nachzuweisen ist, aber nur an einem Teil der exzitatorischen Synapsen. Außerdem konnte gezeigt werden, dass Mover mit Synaptoporin colokalisiert, einem Marker für Moosfaserterminalien des Hippocampus, und dass Mover in afferenten Nervenendigungen an inhibitorischen Interneuronen des Cortex vorkommt. Neben seinem Vorkommen an Synapsen kann Mover bereits in sehr jungen Astrozyten detektiert werden. In älteren Kulturen colokalisiert es mit Markern für Lipidtröpfchen. Insgesamt bestätigen die Ergebnisse dieser Zellkulturstudien die Hypothese, dass Mover an Synapsen angereichert vorkommen kann und dass die Lokalisation von Mover an Synapsen ein heterogenes Verteilungsmuster aufweist. Darüberhinaus zeigen sie, dass Mover an exzitatorischen Synapsen heterogener verteilt ist als an inhibitorischen Synapsen. Zukünftige Studien können nun klären, wie sich Mover-negative und Mover-positive glutamaterge Synapsen funktionell voneinander unterscheiden und welche Bedeutung erhöhte Konzentrationen von Mover im Kontext mit Schizophrenie haben.
Schlagwörter: Mover; primäre Zellkulturen; Präsynapse; synaptische Vesikel; Lipidtröpfchen
