TY  - THES
A1  - Schwenkert, Isabell
T1  - Phenotypic characterization of hangover at the neuromuscular junction
T1  - Phänotypische Charakterisierung von hangover an der neuromuskulären Synapse
N2  - Ethanoltoleranz beruht vermutlich auf Veränderung in synaptischer Plastizität; da die Mechanismen, die zu dieser Anpassung der Synapsen führen, in hang-Mutanten offensichtlich defekt sind, war es Ziel dieser Arbeit zu erklären, wie HANG zu synaptischer Plastizität beiträgt. In diesem Zusammenhang war es besonders wichtig herauszufinden, in welchem neuronalen Prozeß HANG eine Rolle spielt. Antikörperfarbungen gegen HANG zeigten, da das Protein in allen neuronalen Zellkernen larvaler und adulter Gehirne vorhanden ist. Gehirne der hangAE10 Mutante zeigen keine Färbung, was bestätigt, da diese Tiere Nullmutanten für HANG sind. Eine genauere Analyse der Verteilung von HANG im Zellkern ergab, daß HANG in einem punktartigen Muster an bestimmten Stellen im Kern angereichert ist; diese HANG-Aggregate sind an der Innenseite der Kernmembran lokalisiert und colokalisieren nicht mit dem Chromatin. Auf der Basis dieser Ergebnissen wurde postuliert, daß HANG vermutlich an der Stabilisierung, Prozessierung oder dem Export von mRNAs beteiligt ist. Da synaptische Plastizität gut an den einzelnen Neuronen der neuromuskulären Synapse von Drosophila-Larven studiert werden kann, wurde die Morphologie der Motorneurone dritter Larven am Muskelpaar 6/7 des Segments A4 untersucht. Diese Untersuchungen zeigten, da Boutonanzahl und Axonlänge in hangAE10-Larven um 40 % erhöht sind. Außerdem zeigen einige Boutons der hang-Mutanten eine abnormale, sanduhrförmige Form, was darauf hinweist, daß sie nach Initiation der Bouton-Teilung möglicherweise in einem halb-separierten Zustand geblieben sind. Die Zunahme an Boutons in den Mutanten ist im wesentlichen auf eine Zunahme der Anzahl der Typ Ib-Boutons zurückzuführen. Die Analyse der Verteilung verschiedener synaptischer Marker in hangover-Mutanten ergab keine Hinweise auf Abnormalitäten im Zytoskelett oder in der Ausbildung der prä-und postsynaptischen Strukturen. Des weiteren ist die Anzahl der aktiven Zonen relativ zur Boutonoberfläche nicht verändert; da hang-Mutanten aber mehr synaptische Boutons pro synaptischem Terminal besitzen, kann man insgesamt von einer Zunahme der Anzahl der aktiven Zonen ausgehen. Die präsynaptische Expression von HANG in den Mutanten rettet die erhöhte Boutonanzahl und die verlängerten Axone, was ebenfalls beweist, daß die beobachteten synaptischen Defekte auf das Fehlen von HANG und nicht auf Sekundärmutationen zurückzuführen sind. Eine postsynaptische Expression der hangover cDNA in den Mutanten dagegen rettet den Phänotyp nicht. Die Anzahl der synaptischen Boutons wird unter anderem durch cAMP-Levels bestimmt, welche somit synaptische Plastizität regeln. Da hang-Mutanten eine erhöhte Boutonanzahl aufweisen, führte dies zu der Spekulation, daß der Phänotyp dieser Mutanten möglicherweise auf veränderte cAMPlevels zurückzuführen ist. Um dies zu überprüfen, wurde die Morphologie der neuromuskulären Synapsen von hangAE10-Larven mit denen von dnc1 verglichen, welche Defekte in der cAMP-Kaskade aufweisen. Einige Aspekte des Phänotyps (z. B. die Zunahme der Boutonanzahl und das Verhaltnis von aktiven Zonen pro Boutonfläche) sind sehr ¨ahnlich; jedoch unterscheiden sich die beiden Mutanten in anderen morphologischen Aspekten. Die Expression eines UAS-dnc-Transgens in hangover-Mutanten modifizierte den hang-Phänotyp ebenfalls nicht. Auf der Basis der Ergebnisse dieser Arbeit wurde ein Modell für die Funktion von HANG erstellt, nach dem dieses Protein vermutlich am Isoform-spezifischen Spleißen bestimmter Transkripte beteiligt ist, deren Produkte für die synaptische Plastizität an der neuromuskulären Synapse benötigt werden.
N2  - The development of ethanol tolerance is due to changes in synaptic plasticity. Since the mechanisms mediating synaptic plasticity are probably defective in the mutant hangAE10, it was a goal of the present study to find out how HANG contributes to synaptic plasticity. In particular, it was important to clarify in which neuronal process HANG plays a role. Antibody stainings against HANG revealed that the protein is localized in all neuronal nuclei of larval and adult brains; the staining is absent in hangAE10, thus confirming that this P-element insertion stock is a protein null for HANG. Detailed analysis of the subnuclear distribution of HANG showed that HANG immunoreactivity is enriched at distinct spots in the nucleus in a speckled pattern; these speckles are found at the inside of the nuclear membrane and do not colocalize with chromatin nor with the nucleolus; thus, HANG is probably involved in the stabilization, processing or export of RNAs. As synaptic plasticity can be studied in single neurons at the larval neuromuscular junction, the morphology of the synaptic terminals of hangAE10 mutants was analyzed at muscle 6/7, segment A4. These studies revealed that hangAE10 mutants display a 40 % increase in bouton number and axonal branch length; in addition, some boutons have an abnormal hourglass-like shape, suggesting that they are arrested in a semi-separated state following the initiation of bouton division. The increase in bouton number of hang mutants is mainly due to an increase in numbers of type Ib boutons. The analysis of the distribution of several synaptic markers in hang mutants did not show abnormalities. The presynaptic expression of HANG in hang mutants rescues the increase in bouton number and axonal branch length, thus proving that the phenotypes seen in the P-element insertion hangAE10 are attributable to the lack of HANG rather than to effects of the P-element marker rosy or to a secondary hit on the same chromsome during mutagensis. This finding is further supported by the fact that postsynaptic expression of HANG does not rescue the abnormal NMJ morphology of hangAE10. Alterations in cAMP levels regulate the number of boutons; since hang mutants display an increase in bouton number, the questions was whether this morphological abnormality was due to defects in cAMP signalling. To test this hypothesis, hangAE10 NMJs were compared to those of the hypomorphic allele dnc1 that has a defective cAMP cascade. Some aspects of the NMJ phenotype (e.g. the increase in bouton number and the unaltered ratio of active zones per bouton area) are similar in hangAE10 and dnc1, other differ. Expression of a UAS-dnc transgene in hangAE10 mutants does not modify the phenotype. In summary, the results of this study indicate that nuclear protein HANG might be involved in isoform-specific splicing of genes required for synaptic plasticity at the NMJ.
KW  - Taufliege
KW  - Kater <Medizin>
KW  - Motorische Endplatte
KW  - Phänotyp
KW  - hangover
KW  - Drosophila
KW  - neuromuskuläre Synapse
KW  - hangover
KW  - Drosophila
KW  - neuromuscular junction
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-14977
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Paul, Mila M.
A1  - Pauli, Martin
A1  - Ehmann, Nadine
A1  - Hallermann, Stefan
A1  - Sauer, Markus
A1  - Kittel, Robert J.
A1  - Heckmann, Manfred
T1  - Bruchpilot and Synaptotagmin collaborate to drive rapid glutamate release and active zone differentiation
JF  - Frontiers in Cellular Neuroscience
N2  - The active zone (AZ) protein Bruchpilot (Brp) is essential for rapid glutamate release at Drosophila melanogaster neuromuscular junctions (NMJs). Quantal time course and measurements of action potential-waveform suggest that presynaptic fusion mechanisms are altered in brp null mutants (brp\(^{69}\)). This could account for their increased evoked excitatory postsynaptic current (EPSC) delay and rise time (by about 1 ms). To test the mechanism of release protraction at brp\(^{69}\) AZs, we performed knock-down of Synaptotagmin-1 (Syt) via RNAi (syt\(^{KD}\)) in wildtype (wt), brp\(^{69}\) and rab3 null mutants (rab3\(^{rup}\)), where Brp is concentrated at a small number of AZs. At wt and rab3\(^{rup}\) synapses, syt\(^{KD}\) lowered EPSC amplitude while increasing rise time and delay, consistent with the role of Syt as a release sensor. In contrast, syt\(^{KD}\) did not alter EPSC amplitude at brp\(^{69}\) synapses, but shortened delay and rise time. In fact, following syt\(^{KD}\), these kinetic properties were strikingly similar in wt and brp\(^{69}\), which supports the notion that Syt protracts release at brp\(^{69}\) synapses. To gain insight into this surprising role of Syt at brp\(^{69}\) AZs, we analyzed the structural and functional differentiation of synaptic boutons at the NMJ. At tonic type Ib motor neurons, distal boutons contain more AZs, more Brp proteins per AZ and show elevated and accelerated glutamate release compared to proximal boutons. The functional differentiation between proximal and distal boutons is Brp-dependent and reduced after syt\(^{KD}\). Notably, syt\(^{KD}\) boutons are smaller, contain fewer Brp positive AZs and these are of similar number in proximal and distal boutons. In addition, super-resolution imaging via dSTORM revealed that syt\(^{KD}\) increases the number and alters the spatial distribution of Brp molecules at AZs, while the gradient of Brp proteins per AZ is diminished. In summary, these data demonstrate that normal structural and functional differentiation of Drosophila AZs requires concerted action of Brp and Syt.
KW  - neuromuscular junction
KW  - Bruchpilot
KW  - synaptic delay
KW  - dSTORM
KW  - synaptotagmin
KW  - presynaptic differentiation
KW  - neurotransmitter release
KW  - active zone
KW  - synaptic transmission
KW  - fluorescent probes
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-148988
VL  - 9
IS  - 29
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Markert, Sebastian M.
A1  - Skoruppa, Michael
A1  - Yu, Bin
A1  - Mulcahy, Ben
A1  - Zhen, Mai
A1  - Gao, Shangbang
A1  - Sendtner, Michael
A1  - Stigloher, Christian
T1  - Overexpression of an ALS-associated FUS mutation in C. elegans disrupts NMJ morphology and leads to defective neuromuscular transmission
JF  - Biology Open
N2  - The amyotrophic lateral sclerosis (ALS) neurodegenerative disorder has been associated with multiple genetic lesions, including mutations in the gene for fused in sarcoma (FUS), a nuclear-localized RNA/DNA-binding protein. Neuronal expression of the pathological form of FUS proteins in Caenorhabditis elegans results in mislocalization and aggregation of FUS in the cytoplasm, and leads to impairment of motility. However, the mechanisms by which the mutant FUS disrupts neuronal health and function remain unclear. Here we investigated the impact of ALS-associated FUS on motor neuron health using correlative light and electron microscopy, electron tomography, and electrophysiology. We show that ectopic expression of wild-type or ALS-associated human FUS impairs synaptic vesicle docking at neuromuscular junctions. ALS-associated FUS led to the emergence of a population of large, electron-dense, and filament-filled endosomes. Electrophysiological recording revealed reduced transmission from motor neurons to muscles. Together, these results suggest a pathological effect of ALS-causing FUS at synaptic structure and function organization.
KW  - C. elegans
KW  - fused in sarcoma
KW  - amyotrophic lateral sclerosis
KW  - uper-resolution array tomography
KW  - electron tomography
KW  - neuromuscular junction
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-230662
VL  - 9
ER  -