Role of the different domains of PSD-95 in basal synaptic transmission

Die Fähigkeit des Gehirns, zu lernen und somit Information im Gedächtnis einzuspeichern, korreliert mit Veränderungen in der Stärke der synaptischen Transmission. An exzitatorischen Synapsen in der CA1-Region des Hippocampus wird die synaptische Transmission imWesentlichen durch in der postsynaptische Verdichtung befindliche AMPA-Rezeptoren reguliert. Deren Funktion wird durch PSD-95 reguliert, das zusammen mit PSD-93, SAP97 und SAP102 zur Familie der DLG-MAGUK-Proteine gehört. DLG-MAGUK-Proteine ähneln sich strukturell in der Anordnung von funktionalen Protein-Domänen. Sie haben 3 PDZ- Domänen, eine SH3- Domäne und eine indes katalytisch inaktive GK-Domäne. Von allen DLG-MAGUK-Proteinen kommt PSD-95 in reifen exzitatorischen Synapsen am häufigsten vor. PSD-95 interagiert mit mehreren anderen zellularen Proteinen. Die vorliegenden Studie verbindet zwei unterschiedliche Ansätze, um herauszufinden, ob und wie weit die Protein-Domänen für die Funktionalität des PSD-95 in der synaptischen Transmission essentiell sind. Zum einen wird die Methode des molekularen Austausch angewandt, bei dem die Expression des endogenen PSD-95 mittels Gen-Knockdown inhibiert und gleichzeitig eine genmutierte Form des PSD-95 exprimimiert wird. Der molekulare Austausch erfolgte regiospezifisch in Zellen, die zu funktionalen neuronalen Netzwerken gehören, in akuten hippokampalen Schnitten. Zum anderen wurde auch Gehirngewebe von Mäusen einer Deletionsmutate (Knockout-Linie) untersucht, bei welchen Mutanten des PSD-95 vor einem PSD-95 freien Hintergrund exprimiert wurden. Um festzustellen, welche Protein-Domäne in PSD-95 für die basale synaptische Transmission wichtig ist, wurde untersucht, ob deren Expression einzelner trunkierte Mutanten die Funktion des Proteins bei Abwesenheit von endogenem PSD-95 wiederherstellen kann. Dabei konnte gezeigt werden, daß mutiertes PSD-95, bei dem sowohl die PDZ3- als auch die SH3- und die GK-Domäne fehlte das endogene PSD-95 in bezug auf die basale synaptische Transmission n icht funktional ersetzen konnte. Die PDZ3- und SH3-Domäne allein genommen war hingegen nicht essentiell dafür, sehr wohl aber die GK- Domäne. Allerdings scheint die Essentialität der GK-Domäne von der Anwesenheit eines anderen Mitglieds der DLG-MAGUK-Proteinfamilie abzuhängen: erforderlich ist SAP102, welches synaptische Transmission in noch unreifen Synapsen reguliert. In Synapsen, die noch in Bildung begriffen sind, hängt es offenbar vom Entwicklungsstand der Synapse ab, ob die GK-Domäne des PSD-95 für die basale synaptische Transmission notwendig ist, wobei der ein Fehlen der GK-Domäne den stärksten Effekt bei unreifen Synapsen hat. Zusammenfassend zeigen die Befunde, daß die N-terminalen PDZ12-Domänen in Verbindung mit der GK-Domäne des PSD95 für die funktionale Regulation von AMPA-Rezeptoren notwendig sind, wohingegen dessen SH3- und PDZ3-Domäne dabei nur eine unterstützende Rolle zuzuordnen ist