Funktion der Kalziumkanal beta4 Untereinheit im Nukleus

Im Nervensystem spielen spannungs-aktivierte Kalziumkanäle eine wichtige Rolle in der synaptischen Übertragung und Plastizität, sowie in der aktivitäts-abhängigen Genregulation während der Entwicklung und beim Lernen. Kalziumeinstrom durch diese Kanäle kann die Transkription über cytoplasmatische Signalwege oder direkt im Zellkern aktivieren. Jüngste Forschungsergebnisse weisen auf einen neuen Mechanismus der Kalziumkanal- abhängigen Genregulation hin, welcher auf dem Transport von Kanalfragmenten in den Zellkern basiert. Wir und andere Wissenschaftler haben jüngst die Kalziumkanal ß 4 Untereinheit in Kernen verschiedener Zelltypen lokalisiert. Dies legt die Hypothese nahe, dass ß 4 (zusätzlich zu seiner Rolle im Kanalkomplex) eine Funktion in der Regulation von Genen in erregbaren Zellen ausübt. In diesem Fall ist zu erwarten, dass der Transport von ß 4 in den Zellkern spezifisch ist, dass dieser während der Entwicklung und bei Aktivität reguliert ist, dass ß 4 mit Transkriptionsregulatoren oder Promotorsequenzen im Zellkern interagiert, und dass das Targeting von ß 4 in den Zellkern die Expression von endogenen Genen aktiviert oder inhibiert. Folglich ist das Ziel des vorliegenden Forschungsprojekts, die Funktion der ß 4 Kalziumkanal-Untereinheit in Zellkernen erregbarer Zellen zu entschlüsseln. Dazu sollen die Mechanismen und die Regulation des gerichteten Transports von ß 4 in die Nuklei erregbarer Zellen, sowie mögliche Funktionen in der Regulierung neuronaler Gene untersucht werden. Experimentell soll die Spezifität und die Regulation des nukleären Targetings von ß 4 , sowie die Import- oder Exportsignale in der ß 4 Proteinsequenz mittels heterologer Expression rekombinanter ß Untereinheiten (Chimären, Mutanten) mit und ohne a 1 Untereinheit in dysgenen Muskelzellen untersucht werden. FRAP und Photoaktivierung von GFP- und Dendra-gekoppelter ß 4 werden zur Untersuchung der Transportmechanismen in und aus dem Zellkern lebender Muskel- und Nervenzellen eingesetzt. Mikro-Array Analysen und Immunpräzipitation in Kombination mit Massenspektrometrie sollen zur Identifizierung ß 4 regulierter Gene, bzw. von nukleären ß 4 Bindungsproteinen in Nervenzellen eingesetzt werden. Die Entschlüsselung der Funktion von ß 4 im Zellkern wird wesentlich zu einem jungen Zweig der Ionenkanalforschung beitragen und kann zur Entdeckung neuartiger Mechanismen der Genregulation durch spannungs-aktivierte Kalziumkanäle führen. In Neuronen kann diese, bisher ungeahnte Funktion der ß 4 Untereinheit zu den molekularen Prozessen von Lernen und Gedächtnis beitragen, sowie an der Entstehung von neurologischen Symptomen (Absenzepilepsie, Ataxie) in Mäusen und Patienten mit Mutationen von Kalziumkanal ß 4 Untereinheiten beteiligt sein.

Im Nervensystem spielen spannungs-aktivierte Kalziumkanäle eine wichtige Rolle in der synaptischen Übertragung und Plastizität, sowie in der aktivitäts-abhängigen Genregulation während der Entwicklung und beim Lernen. Kalziumeinstrom durch diese Kanäle kann die Transkription über cytoplasmatische Signalwege oder direkt im Zellkern aktivieren. Jüngste Forschungsergebnisse weisen auf einen neuen Mechanismus der Kalziumkanal- abhängigen Genregulation hin, welcher auf dem Transport von Kanalfragmenten in den Zellkern basiert. Wir und andere Wissenschaftler haben jüngst die Kalziumkanal ß 4 Untereinheit in Kernen verschiedener Zelltypen lokalisiert. Dies legt die Hypothese nahe, dass ß 4 (zusätzlich zu seiner Rolle im Kanalkomplex) eine Funktion in der Regulation von Genen in erregbaren Zellen ausübt. In diesem Fall ist zu erwarten, dass der Transport von ß 4 in den Zellkern spezifisch ist, dass dieser während der Entwicklung und bei Aktivität reguliert ist, dass ß 4 mit Transkriptionsregulatoren oder Promotorsequenzen im Zellkern interagiert, und dass das Targeting von ß 4 in den Zellkern die Expression von endogenen Genen aktiviert oder inhibiert. Folglich ist das Ziel des vorliegenden Forschungsprojekts, die Funktion der ß 4 Kalziumkanal-Untereinheit in Zellkernen erregbarer Zellen zu entschlüsseln. Dazu sollen die Mechanismen und die Regulation des gerichteten Transports von ß 4 in die Nuklei erregbarer Zellen, sowie mögliche Funktionen in der Regulierung neuronaler Gene untersucht werden. Experimentell soll die Spezifität und die Regulation des nukleären Targetings von ß 4 , sowie die Import- oder Exportsignale in der ß 4 Proteinsequenz mittels heterologer Expression rekombinanter ß Untereinheiten (Chimären, Mutanten) mit und ohne a 1 Untereinheit in dysgenen Muskelzellen untersucht werden. FRAP und Photoaktivierung von GFP- und Dendra-gekoppelter ß 4 werden zur Untersuchung der Transportmechanismen in und aus dem Zellkern lebender Muskel- und Nervenzellen eingesetzt. Mikro-Array Analysen und Immunpräzipitation in Kombination mit Massenspektrometrie sollen zur Identifizierung ß 4 regulierter Gene, bzw. von nukleären ß 4 Bindungsproteinen in Nervenzellen eingesetzt werden. Die Entschlüsselung der Funktion von ß 4 im Zellkern wird wesentlich zu einem jungen Zweig der Ionenkanalforschung beitragen und kann zur Entdeckung neuartiger Mechanismen der Genregulation durch spannungs-aktivierte Kalziumkanäle führen. In Neuronen kann diese, bisher ungeahnte Funktion der ß 4 Untereinheit zu den molekularen Prozessen von Lernen und Gedächtnis beitragen, sowie an der Entstehung von neurologischen Symptomen (Absenzepilepsie, Ataxie) in Mäusen und Patienten mit Mutationen von Kalziumkanal ß 4 Untereinheiten beteiligt sein.