Grundlegende Mechanismen der Exozytose
Die Klärung der molekularen Mechanismen der Exozytose ist ein wichtiger Schritt, um die enorme Komplexität von Gehirnfunktionen zu entschlüsseln. Das EU-finanzierte Projekt EXOSYTS (Dissecting synaptotagmin isoform function: from vesicle docking to fusion pore formation) erforscht daher, wie schnelle und langsame Phasen der durch Kalziumionen ausgelösten Exozytose reguliert werden. Das Nervensystem führt äußerst komplexe Funktionen aus, indem es die Kommunikation zwischen Exozytose-abhängigen Neuronen genau und zeitlich abstimmt. Diese Ereignisse werden durch spezielle Proteine vermittelt, die auf den neuronalen synaptischen Vesikeln selbst und auf der Plasmamembran lokalisiert sind. Einige Isoformen des Proteins Synaptotagmin fungieren als Sensoren für Kalziumionen. Sie initiieren in der Frühphase das Andocken synaptischer Vesikel an die präsynaptische Membran und in der Spätphase die Fusion synaptischer Vesikel. Schwerpunkt der Studie waren die Isoformen SYT1 und SYT7. Wie Experimente zeigten, veränderten sich die Eigenschaften einzelner Aktionspotenziale in Abwesenheit von SYT7 in keiner Weise. In der nächsten Phase wurde das auch an der Exozytose beteiligte Protein Doc2b näher untersucht. Das Protein bindet ebenfalls Kalzium, befindet sich aber im löslichen Zustand. Versuche mit chromaffinen Zellen an Doc2b-defizienten Knock-out-Mäusen zeigten, dass das kalziumabhänge Vesikel-Priming und die Freisetzung unverändert blieben. Die Schlussfolgerung war, dass Doc2b das Vesikel-Priming bei längerer Kalziumexposition hemmt und eine vorzeitige Vesikelfusion verhindert. Schließlich wurde entdeckt, dass PICK1 (protein interacting with C Kinase 1) auch bei der Biosynthese von sekretorischen Vesikeln in chromaffinen Zellen von Mäusen eine Rolle spielt. In Abwesenheit von PICK1 reduzierte sich bei chromaffinen Zellen die Exozytose, wenn Kalzium freigesetzt wird oder die Membran depolarisiert wird. Weiterhin reduzierten sich dadurch Größe und Anzahl der Vesikel, allerdings nicht deren Funktionsfähigkeit. Die Ergebnisse des Projekts wurden in mehreren hochrangigen Fachzeitschriften veröffentlicht, und das Projekt leistet damit insgesamt einen wichtigen Beitrag zum besseren Verständnis der komplexen Prozesse der Exozytose.
