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Lokale Synthese, atypische N-Glykosylierung und der Umsatz neuronaler Oberflächenproteine

Durch lokale Proteinsynthese kann die molekulare Zusammensetzung bestimmter Zellkompartimente besonders effizient gesteuert werden. Neue Daten legen nahe, dass die lokale Proteinsynthese in neuronalen Dendriten den Nervenzellen ermöglicht, den Glykosylierungszustand und somit die Stabilität und Funktion der wichtigen Oberflächenproteine zu steuern.
Lokale Synthese, atypische N-Glykosylierung und der Umsatz neuronaler Oberflächenproteine
Die neuronale Entwicklung und Neurotransmission erfordert die stetige Produktion und Sekretion neurotrophischer Faktoren und Transmembranproteinen, darunter Neurotransmitter-Rezeptoren, Adhäsionsmoleküle und Ionenkanäle, und ist daher stark vom sekretorischen Apparat abhängig – dem endoplasmatischen Retikulum und dem Golgi-Apparat. Dort werden diese Proteine synthetisiert und, in den meisten Fällen, durch das Anlagern komplexer Zucker bei der N-Glykosylierung chemisch modifiziert.

N-Glykosylierung ist nach der Phosphorylierung die zweithäufigste post-translationale Proteinmodifikation und reguliert jeden Aspekt der Biologie von Membranproteinen. Dennoch ist, auch wenn sie wahrscheinlich eine entscheidende Rolle im Nervensystem spielt, auffallend wenig über die N-Glykosylierung neuronaler Proteine bekannt.

Die Ergebnisse des EU-finanzierten Projekts DENDRITIC PROCESSING (Local processing of dendritically synthesized membrane proteins) zeigen auf, dass die räumliche Verteilung der Membranproteinsynthese und die Verarbeitung in den Soma-Versus-Dendriten den Neuronen ermöglicht, zur Diversifizierung der Eigenschaften (z. B. der Stabilität, Desensibilisierung) der Oberflächenmembranproteine mehrere Sekretionswege zu nutzen. Konkret stellten die Forscher fest, dass, als Ergebnis unkonventioneller sekretorischer Verarbeitung, hunderte wichtige Neurotransmitter-Rezeptoren mit Oberflächenexpression, spannungsgesteuerte Ionenkanäle und synaptische Adhäsionsproteine Glykosylierungsprofile aufweisen, die typischerweise bei unreifen Proteinen vor ihrem Export an die Zellenoberfläche zu finden sind. Diese Kern-Glykosylierung ist mit einem schnelleren Proteinumsatz verbunden und wird durch synaptische Aktivität reguliert. Dies offenbart einen neuartigen Mechanismus, der das elektrische und chemische sensorische Vermögen der neuronalen Membran steuert.

Ein weiterer großer Erfolg des Projekts bestand in der Entwicklung einer neuen transgenen Mäuselinie zum genetischen Targeting von Protein-Metaboliten im Gehirn von Säugetieren. Dieses Modell ermöglicht die konditionale Expression des Methionyl-tRNA-Synthetase-Enzyms "L274G", um Proteine, die von bestimmten Zellen produziert wurden, mit nichtkanonischen Aminosäuren zu kennzeichnen, sodass sie später isoliert und visualisiert werden können.

Die Glykosylierung ist ein entscheidender Schritt bei der Verarbeitung und dem Umsatz von Membran- und Sekretionsmolekülen in der Zelle. Es überrascht nicht, dass Defekte bei der N-Glykosylierung im Gehirn zu schweren und oft tödlichen Entwicklungsstörungen führen. Das Prinzip, dass Glykosylierung und Proteinstoffwechsel lokal reguliert werden, ist entscheidend, um solche Störungen und ihre Diagnose besser zu verstehen.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

Proteinumsatz, neuronal, Membranprotein, Dendriten, Glykosylierung
Datensatznummer: 180954 / Zuletzt geändert am: 2016-04-05
Bereich: Biologie, Medizin
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