Dokument: Independent Modulation of AMPA Receptors by PORCN and Wnt: Dissecting Molecular Mechanisms and Functional Implications

Titel:	Independent Modulation of AMPA Receptors by PORCN and Wnt: Dissecting Molecular Mechanisms and Functional Implications
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=71735
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20251218-133409-3
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Mölders, Naomi [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 3,54 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 16.12.2025 / geändert 16.12.2025
Beitragende:	Jun.-Prof. Dr. rer. nat. Erlenhardt, Nadine [Gutachter] Prof. Dr. Küry, Patrick [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Ionotrope Glutamatrezeptoren vom AMPA-Subtyp (AMPARs) sind hauptverantwortlich für die exzitatorische Neurotransmission im zentralen Nervensystem. AMPAR-Multiproteinkomplexe bestehen aus vier porenbildenden Untereinheiten sowie teilweise transient assoziierten Hilfsproteinen. Zu diesen assoziierten Proteinen zählt die Protein-Serin-O-Palmitoleoyltransferase Porcupine (PORCN). PORCN ist ein multifunktionales Protein, das neben seiner Rolle bei der Biogenese von AMPARs im endoplasmatischen Retikulum (ER) auch eine kanonische Funktion bei der Palmitoylierung von Wnt-Proteinen im ER erfüllt. Frühere Arbeiten der Forschungsgruppe identifizierten zudem Wnt als einen neuartigen, von PORCN unabhängigen Interaktionspartner von AMPARs. Ziel der vorliegenden Studie war es, die molekularen und funktionellen Zusammenhänge zwischen AMPARs, PORCN und Wnt aufzuklären. Untersucht wurden sowohl die Regulationsmechanismen, die die multifunktionale Rolle von PORCN modulieren, als auch die strukturellen Domänen, die die Interaktion mit AMPARs vermitteln. Zusätzlich wurde die molekulare Basis der Wnt-AMPAR-Interaktionen untersucht. Ein multidisziplinärer Ansatz kombinierte Methoden der Molekular- und Zellbiologie, immunfluoreszenzbasierte Analysen, Biochemie und Elektrophysiologie in heterologen Expressionssystemen und in primären murinen Hippocampusneuronen. Es konnte gezeigt werden, dass bereits der Austausch einer einzelnen Aminosäure in PORCN (Serin zu Asparaginsäure an Position 297) ausreichte, um die AMPAR-Funktion zu beeinträchtigen und die dendritische Komplexität zu reduzieren, ohne die Protein-Protein-Interaktionen zu verändern. Dieses Ergebnis unterstreicht die Bedeutung spezifischer struktureller Merkmale und posttranslationaler Modifikationen für die Regulation der multifunktionellen Eigenschaften von PORCN. Der Vergleich der AMPAR-regulierenden Funktion von PORCN über verschiedene Spezies hinweg zeigte, dass diese zwischen Vertebraten und Invertebraten erhalten geblieben ist. In HeLa-Zellen reduzierte Wnt5a die GluA1-Menge im ER, während dieser Effekt in primären hippocampalen Neuronen nicht beobachtet wurde. Stattdessen korrelierte die Akkumulation von Wnt5a im ER mit erhöhten GluA1-Leveln in Membranfraktionen, was auf eine direkte regulatorische Wirkung von Wnt auf AMPARs hinweist. Zusammenfassend unterstreichen diese Ergebnisse die hohe Sensitivität von AMPARs gegenüber fein abgestimmter Regulation durch assoziierte Proteine und betonen die Notwendigkeit weiterführender Untersuchungen zur strukturellen Topologie von PORCN sowie zu den Mechanismen der Wnt-vermittelten Modulation von AMPARs in unterschiedlichen zellulären Kontexten. Ionotropic glutamate receptors of the AMPA subtype (AMPARs) are key mediators of excitatory neurotransmission. They assemble into multiprotein complexes composed of four pore-forming subunits and various associated proteins that interact with the receptor to modulate its function. Among these associated proteins is the protein-serine O-palmitoleoyltransferase Porcupine (PORCN), a multifunctional protein. In addition to supporting AMPAR biogenesis in the endoplasmic reticulum (ER), PORCN also performs a canonical enzymatic role in the palmitoylation of Wnt proteins. Previous work from the research group further identified Wnt as a novel, PORCN-independent interaction partner of AMPARs. The present study aimed to elucidate the molecular and functional relationships between AMPARs, PORCN and Wnt. Specifically, the regulatory mechanisms underlying PORCN’s multifunctionality and the structural domains mediating its interaction with AMPARs were examined, alongside the molecular basis of Wnt-AMPAR interactions. To address these objectives, a multidisciplinary approach was employed, integrating molecular and cell biology, advanced imaging, biochemistry and electrophysiology in both heterologous expression systems and primary murine hippocampal neurons. A single amino acid substitution in PORCN (serine to aspartic acid at position 297) was sufficient to impair AMPAR function and reduce dendritic complexity without affecting protein–protein interactions. This finding highlights the importance of specific structural features and post-translational modifications in regulating PORCN’s multifunctionality. Comparative analysis across species showed that PORCN’s AMPAR-regulating function is evolutionarily conserved between vertebrates and invertebrates. Moreover, Wnt5a reduced GluA1 levels in the ER of HeLa cells, whereas this effect was not observed in primary hippocampal neurons. In these neurons, ER-accumulation of Wnt5a correlated with increased amounts of GluA1 in membrane fractions, indicating a direct regulatory interaction between AMPARs and Wnt. In summary, these results underscore the sensitivity of AMPARs to fine-tuned regulation by associated proteins and emphasize the need for further investigation into PORCN’s structural topology and the mechanisms underlying Wnt-mediated modulation of AMPARs across diverse cellular contexts.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Neuro- und Sinnesphysiologie
Dokument erstellt am:	18.12.2025
Dateien geändert am:	18.12.2025
Promotionsantrag am:	27.08.2025
Datum der Promotion:	12.12.2025