Dokument: Funktionelle Rolle von N-cadherin und Neuroligin-1 in glutamatergen Synapsen

Titel:	Funktionelle Rolle von N-cadherin und Neuroligin-1 in glutamatergen Synapsen
Weiterer Titel:	Functional role of N-cadherin and neuroligin-1 at glutamatergic synapses
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=34299
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20150505-095126-8
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	van Stegen, Bernd [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 10,64 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 30.04.2015 / geändert 30.04.2015
Beitragende:	Prof. Dr. Gottmann, Kurt [Gutachter] Prof. Dr. Aberle, Hermann [Gutachter]
Stichwörter:	Synapse, Endocytosis, Exocytosis, N-cadherin, Neuroligin-1
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Die Signalübertragung an chemischen Synapsen wird initiiert durch die präsynaptische Exozytose von transmittergefüllten Vesikeln gefolgt von Vesikelendozytose. Die Kopplung von Exozytose und kompensierender Endozytose ist essentiell für die Aufrechterhaltung synaptischer Transmission bei anhaltender neuronaler Aktivität. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss der Zelladhäsionsmoleküle (CAMs) N-cadherin und Neuroligin-1 auf die Funktionalität der Präsynapse untersucht, mit besonderem Augenmerk hinsichtlich der Kopplung vesikulärer Exo- und Endozytose. Aktivitätsabhängige Färbungen mit dem Farbstoff FM4-64 offenbarten ein gesteigertes „cycling“ präsynaptischer Vesikel in post-synaptogenen Neuronen durch Überexpression von N-cadherin oder Neuroligin-1. Des Weiteren zeigten FM4-64 Experimente in N-cadherin knockout Neuronen eine Kooperation der CAMs in der transsynaptischen Regulation des „cycling“ präsynaptischer Vesikel. In diesem Zusammenhang bestätigte sich auch ein Einfluss von N-cadherin auf die Lokalisation von Neuroligin-1. Eine differenziertere Analyse vesikulärer Exo- und Endozytose mit Synaptophysin-pHluorin (SypHy) in N-cadherin- oder Neuroligin-1-exprimierenden Neuronen zeigte einen exozytotischen Effekt beider CAMs sowie einen endozytotischen Effekt ausschließlich für N-cadherin. Durch Doppelstimulationsexperimente mit SypHy konnte verdeutlicht werden, dass dieser Endozytoseeffekt von der Freisetzungsaktivität des Vesikelklusters abhängt, was auf eine wichtige Rolle von N-cadherin in der präsynaptischen Kopplung hindeutet. Weitere Untersuchungen zeigten Veränderungen in der Lokalisation von N-cadherin und Neuroligin-1 von stark geklusterten Strukturen hin zu einer eher diffusen Verteilung bei starker synaptischer Aktivität. Zusammenfassend unterstützen die Ergebnisse ein Modell der Regulation präsynaptischer Kopplung, welches auf der aktivitätsabhängigen Veränderung der Lokalisation von N-cadherin und Neuroligin-1 basiert und die Aufrechterhaltung der Synapsenfunktion während starker Aktivität gewährleistet. Zusätzlich wurden pathophysiologische Effekte des Amyloid-β (Aβ) Peptides in hiPSC abgeleiteten Neuronen untersucht. Dabei zeigten FM4-64 Experimente einen Aβ-induzierten Defekt im axonalen Vesikeltransport ohne Beeinträchtigung des „cycling“ präsynaptischer Vesikel in „bona-fide“ Synapsen. Neurotransmission at chemical synapses is initiated by presynaptic exocytosis of transmitter-filled vesicles followed by subsequent vesicle endocytosis. The coupling of exocytosis and compensating endocytosis is essential to maintain proper transmission upon prolonged synaptic activity. In this work, the influence of the cell adhesion molecules (CAMs) N-cadherin and neuroligin-1 on presynaptic function was addressed with a particular interest in the coupling of vesicular exo- and endocytosis. Activity-dependent FM4-64 stainings revealed enhanced cycling of presynaptic vesicles in post-synaptogenic neurons overexpressing N-cadherin or neuroligin-1. Moreover, FM4-64 experiments in N-cadherin knockout neurons showed a cooperation of both CAMs in the transsynaptic regulation of presynaptic vesicle cycling. In this context, N-cadherin was also shown to control synaptic localization of neuroligin-1. A differential analysis of vesicular exo- and endocytosis with synaptophysin-pHluorin (SypHy) in neurons expressing N-cadherin or neuroligin-1 revealed an exocytotic effect of both CAMs and an endocytotic effect exclusively for N-cadherin. Double-stimulation SypHy experiments demonstrated that the effect of N-cadherin on endocytosis depends on the release activity level of the vesicle cluster and indicated an important role of N-cadherin in the coupling of presynaptic vesicle exo- and endocytosis. Further experiments revealed changes in localization of N-cadherin and neuroligin-1 upon intense synaptic activity from a strongly clustered to a more diffuse pattern. In summary, the present study strongly supports a model of the regulation of vesicle exo- and endocytosis coupling that is based on activity-dependent changes of the spatial localization of N-cadherin and neuroligin-1. Upon strong synaptic activity, this structural relocalization regulates presynaptic vesicle exo- and endocytosis, thus enabling the maintenance of proper synaptic function in highly active synapses. In addition to the roles of CAMs in vesicle cycling, the pathophysiological effect of amyloid-β (Aβ) peptides was examined in hiPSC derived neurons. Intriguingly, FM4-64 experiments indicated an Aβ-induced defect in the axonal transport of vesicle cluster, but no effect of Aβ peptides on vesicle cycling at bona-fide synapses.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Neuro- und Sinnesphysiologie
Dokument erstellt am:	05.05.2015
Dateien geändert am:	05.05.2015
Promotionsantrag am:	10.02.2015
Datum der Promotion:	22.04.2015