Chemical synapses are cell-cell contacts, which play a central role in
neuronal communication. These cell-cell contacts rely on a precise alignment
of pre- and postsynaptic domains. The formation and maturation of synapses
requires therefore bidirectional communication across the synaptic cleft.
Recent in vitro studies suggest that the transsynaptic Neurexin-Neuroligin
(Nrx-Nlg) complex is a key component in this process. The data presented in
this work derive from studies that aimed at untangling the function of the
Nrx-Nlg complex at the Drosophila neuromuscular junction (NMJ). In a genetic
screen several mutant alleles of Drosophila neuroligin 1 (dnlg1) were
recovered causing severe assembly defects at NMJs. In situ hybridization
experiments showed that DNlg1 is exclusively expressed in muscle fibres, and
subsequent immunohistological labeling revealed that DNlg1 forms discrete
clusters adjacent to postsynaptic densities (PSDs). Formation of these
clusters depends on presynaptic Drosophila Neurexin (DNrx). A second study
showed that sufficient localization of DNlg1 depends further on Drosophila
synapse defective 1 (DSyd-1), as DSyd-1 interacts with DNrx to control synapse
formation at the NMJ. Mutants of dsyd-1, dnrx, and dnlg1 share active zone-
cytomatrix defects, which behave non-additive in double mutant combinations.
DSyd-1 and DNrx form a complex in vivo, and the PDZ domain-binding motif of
DSyd-1 is important for synaptic clustering and immobilization of DNrx.
Consequently, glutamate receptor (GluR) incorporation into newly forming PSDs
is altered in dsyd-1, dnrx, and dnlg1 mutants. Thus, cooperation between
DSyd-1 and DNrx-DNlg1 seems to orchestrate early assembly processes between
pre- and postsynaptic membranes, promoting seed-points for newly forming
synaptic scaffolds. Finally, a novel mechanism for regulating synaptic GluR
clustering is discussed. Unpublished results from a mutated GluR show that
altered bio-physical properties of GluRs result in increased mobility and
changes in the distinct localization pattern at PSDs. These findings could
shed new light on mechanisms which regulate GluR trafficking depending on
their physiological properties.Chemische Synapsen sind Zell-Zell-Kontakte, welche eine zentrale Rolles in
neuronalen Netzen spielen. Diese Zell-Zell Kontakte sind auf eine präzise
Anordnung von prä- und postsynaptischen Strukturen angewiesen sind. Daher ist
für die Entstehung und Entwicklung von Synapsen eine bidirektionale
Kommunikation über den synaptischen Spalt unerlässlich. Frühere in vitro
Experimente ließen vermuten, dass der trans-synaptische Neurexin-Neuroligin
(Nrx-Nlg) Komplex eine zentrale Rolle bei diesem Prozess spielt. Die hier
präsentierte Arbeit befasst sich mit der Funktion des Nrx-Nlg Komplexes an der
neuromuskulären junction (NMJs) von Drosophila melanogaster. Bei einem
genetischen Screen wurden mehrere Fliegen mit Mutationen im Drosophila
neuroligin 1 (dnlg1) Gen gefunden, welche starke Assemblierungsdefekte an den
NMJs aufwiesen. In anschließenden In-situ-Hybridisierungs- und
immunohistochemischen Markierungsexperimenten konnte gezeigt werden,dass DNlg1
ausschließlich in Muskelzellen exprimiert wird und in der Nähe von
postsynaptic densities (PSDs) clustert. Zur Bildung dieser Cluster benötigt es
die Präsenz von präsynaptischem Drosophila Neurexin (DNrx). In einer weiteren
Studie stellte sich heraus, dass Drosophila synapse defective 1 (DSyd-1)
ebenfalls einen Einfluss auf die Lokalisierung von DNlg1 hat. Darüber hinaus
zeigten weitere Experimente, dass DSyd-1 über die Interaktion mit DNrx die
Bildung von Synapsen an der NMJ kontrollieren kann: Einzelmutanten für dsyd-1,
dnrx und dnlg1 weisen Defekte in der Morphologie ihrer Aktiven Zonen-
Cytomatrix auf, welche sich in den Doppelmutanten nicht verstärkten. DSyd-1
und DNrx bilden einen Komplex in vivo, wobei das PDZ-Bindungsmotiv von DSyd-1
eine wichtige Rolle für das synaptische Clustern von DNrx spielt. Desweiteren
ist die postsynaptische Anreicherung von Glutamatrezeptoren (GluRs) an neu
entstandenen PSDs in dsyd-1, dnrx und dnlg1 Mutanten stark verändert. Somit
kann geschlußfolgert werden, dass das Zusammenspiel von DSyd-1 mit dem DNrx-
DNlg1 Komplex die frühen Anlagerungsprozesse an der prä- und postsynaptischen
Membran dirigiert und hierdurch die Neuentstehung des synaptischen Gerüsts
unterstützt. Der letzte Abschnitt dieser Arbeit befasst sich mit einem bisher
unbekannten Mechanismus, der das Clustern von GluRs an Synapsen reguliert.
Untersucht wurde ein mutierter GluR, der veränderte bio-physikalischen
Eigenschaften aufweist, welche sich auf seine synaptische Mobilität und
Lokalisierung auswirken. Diese Befunde könnten zu neuen Hypothesen führen, die
erklären, warum GluRs mit unterschiedlichen physiologischen Eigenschaften sich
in Ihrem synaptischen targeting unterscheiden
