CtBP1: Neuronaktiviät mit Genregulation gekoppelt

13. Februar 2015
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CtBP1 ist einer der Proteinbausteine der Synapsen. Das Eiweiß befindet sich nicht nur im Zellkern, sondern auch in den Präsynapsen. Dies deutet darauf hin, dass die neuronale Aktivität und die Genregulation direkt gekoppelt sind.

CtBP1 – die Kurzform für das C-terminal bindende Protein 1 – ist ein Protein, dessen Funktion darin besteht, die Produktion neuer Proteine in der Zelle zu hemmen. Da dieser Prozess in verschiedenen Körperzellen eine Rolle spielt, ist CtBP1 in unterschiedlichen Zelltypen zu finden. Obwohl bereits seit Jahren bekannt ist, dass das Eiweiß ebenso in Nervenzellen vorkommt, war bisher wenig über seine Aufgaben im Nervensystem bekannt.

Neuronale Aktivität und Genregulation gekoppelt?

Die Forscher vom Magdeburger Leibniz-Institut für Neurobiologie (LIN) konnten in Zusammenarbeit mit Humangenetikern von der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg zeigen, dass sich CtBP1 nicht nur im Zellkern befindet – dem Ort der Genregulation, wo über die Herstellung neuer Proteine entschieden wird. Auch in den Präsynapsen ist es vorhanden. „So ein duales Verteilungsmuster eines Moleküls in diesen beiden Kompartimenten einer Nervenzelle ist äußerst selten und könnte auf eine direkte Kopplung der neuronalen Aktivität und der Genregulation hindeuten“, kommentieren die Wissenschaftler ihre Entdeckung.

Außerdem hat die Forschergruppe die Auswirkungen von erhöhter Aktivität im Netzwerk der Nervenzellen auf die Funktionsweise von CtBP1 untersucht. Dabei konnten sie bestätigen, dass die Funktionsweise des Proteins vom Stoffwechsel der Zelle beeinflusst wird: Ist eine Nervenzelle aktiv, erhöht sich deren Stoffwechsel und CtBP1 wandert vom Zellkern in die Präsynapse, wo es an Gerüstproteine wie Bassoon oder Piccolo binden kann. Dadurch dass sich nun weniger CtBP1 im Zellkern befindet, wird auch das Ablesen der von CtBP1 regulierten Gene nicht mehr blockiert. Durch das Lösen der „Bremse“ werden mehr Proteine produziert, die von der aktiven Zelle gebraucht werden. Verringert sich der Stoffwechsel infolge sinkender Aktivität jedoch wieder, wandert CtBP1 zurück in den Zellkern und blockiert die Proteinbiosynthese erneut.

 Erkenntnisse für Ursachenforschung von Hirnerkrankungen nutzen

„Bisher hat noch niemand vor uns bewiesen, dass CtBP1 sowohl im Zellkern als auch an der Präsynapse vorkommt und zwischen diesen Orten in beide Richtungen transportiert werden kann“, beschreibt Gruppenleiterin Dr. Anna Fejtová den Durchbruch. Sie ergänzt: „Somit können synaptische Signale über CtBP1 ihre Spuren im Zellkern hinterlassen.“

Der ebenfalls an der Studie beteiligte wissenschaftliche Direktor des LIN, Prof. Dr. Eckart D. Gundelfinger, fügt hinzu: „Der beschriebene Mechanismus könnte der Einspeicherung von Informationen im Zellkern von Nervenzellen dienen und so an der Gedächtnisbildung beteiligt sein. Das wollen wir nun in zukünftigen Studien klären.“ Die Erkenntnisse können also für weitere angewandte Forschungen genutzt werden, so zum Beispiel für die Ursachenforschung bei Hirnerkrankungen wie neuropsychiatrischen und neurodegenerativen Störungen oder auch Epilepsie.

Originalpublikation:

Synaptic activity controls localization and function of CtBP1 via binding to Bassoon and Piccolo
Anna Fejtová et al.; The EMBO Journal, doi: 10.15252/embj.201488796; 2015

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