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Der zur Familie der pentameren ligandengesteuerten Ionenkanäle zugehörige Glycinrezeptor (GlyR) ist ein wichtiger Vermittler synaptischer Inhibition im Zentralnervensystem von Säugetieren. GlyR-Mutationen führen zur neurologischen Bewegungsstörung Hyperekplexie. Aufgrund fehlender struktureller Daten ist die intrazelluläre Loop-Struktur zwischen den Transmembransegmenten 3 und 4 (TM3-4 Loop) eine weitgehend unerforschte Domäne des GlyR. Innerhalb dieser Domäne wurden Rezeptortrunkierungen sowie Punktmutationen identifiziert. Rezeptortrunkierung geht mit Funktionslosigkeit einher, welche jedoch durch Koexpression des fehlenden Sequenzabschnitts zum Teil wiederhergestellt werden kann. Innerhalb dieser Arbeit wurde die Interaktion zwischen trunkierten, funktionslosen GlyR und sukzessiv verkürzten Komplementationskonstrukten untersucht. Dabei wurden als Minimaldomänen für die Interaktion das C-terminalen basische Motive des TM3-4 Loops, die TM4 sowie der extrazelluläre C-Terminus identifiziert. Die Rückkreuzung transgener Mäuse, die das Komplementationskonstrukt iD-TM4 unter Kontrolle des GlyR-Promotors exprimierten, mit der oscillator-Maus spdot, die einen trunkierten GlyR exprimiert und 3 Wochen nach der Geburt verstirbt, hatte aufgrund fehlender Proteinexpression keinen Effekt auf die Letalität der Mutation. Des Weiteren wurde die Bedeutsamkeit der Integrität beider basischer Motive 316RFRRKRR322 und 385KKIDKISR392 im TM3-4 Loop in Kombination mit der Loop-Länge für die Funktionalität und das Desensitisierungsverhalten des humanen GlyRα1 anhand von chimären Rezeptoren identifiziert. Eine bisher unbekannte Patientenmutation P366L innerhalb des TM3-4 Loops wurde mit molekularbiologischen, biochemischen und elektrophysiologischen Methoden charakterisiert. Es wurde gezeigt, dass die mutierten Rezeptorkomplexe in vitro deutlich reduzierte Glycin-induzierte Maximalströme sowie eine beschleunigte Schließkinetik aufweisen. P366L hat im Gegensatz zu bereits charakterisierten Hyperekplexiemutationen innerhalb des TM3-4 Loops keinen Einfluss auf die Biogenese des Rezeptors. P366 ist Teil einer möglichen Poly-Prolin-Helix, die eine Erkennungssequenz für SH3-Domänen darstellt. Ein potenzieller Interaktionspartner des TM3-4 Loops des GlyRα1 ist Collybistin, welches eine wichtige Rolle bei der synaptischen Rezeptorintegration spielt und die Verbindung zum Zytoskelett vermittelt. An der inhibitorischen Synapse verursacht P366L durch die Reduzierung postsynaptischer Chloridströme, das beschleunigte Desensitisierungsverhalten des GlyRα1 sowie ein verändertes Interaktionsmotiv Störungen der glycinergen Transmission, die zur Ausprägung phänotypischer Symptome der Hyperekplexie führen.
Synaptopathies: synaptic dysfunction in neurological disorders - a review from students to students
(2016)
Synapses are essential components of neurons and allow information to travel coordinately throughout the nervous system to adjust behavior to environmental stimuli and to control body functions, memories, and emotions. Thus, optimal synaptic communication is required for proper brain physiology, and slight perturbations of synapse function can lead to brain disorders. In fact, increasing evidence has demonstrated the relevance of synapse dysfunction as a major determinant of many neurological diseases. This notion has led to the concept of synaptopathies as brain diseases with synapse defects as shared pathogenic features. In this review, which was initiated at the 13th International Society for Neurochemistry Advanced School, we discuss basic concepts of synapse structure and function, and provide a critical view of how aberrant synapse physiology may contribute to neurodevelopmental disorders (autism, Down syndrome, startle disease, and epilepsy) as well as neurodegenerative disorders (Alzheimer and Parkinson disease). We finally discuss the appropriateness and potential implications of gathering synapse diseases under a single term. Understanding common causes and intrinsic differences in disease-associated synaptic dysfunction could offer novel clues toward synapse-based therapeutic intervention for neurological and neuropsychiatric disorders. In this Review, which was initiated at the 13th International Society for Neurochemistry (ISN) Advanced School, we discuss basic concepts of synapse structure and function, and provide a critical view of how aberrant synapse physiology may contribute to neurodevelopmental (autism, Down syndrome, startle disease, and epilepsy) as well as neurodegenerative disorders (Alzheimer's and Parkinson's diseases), gathered together under the term of synaptopathies. Read the Editorial Highlight for this article on page .