Untersuchung von präsynaptischen Zytomatrixproteinen an den Photorezeptor-Bandsynapsen der Mausretina

Synapsen sind Kontaktstellen von Nervenzellen, an denen die Informations-ubertragung von einer Nervenzelle auf die Zielzelle stattfindet. Als erste Synapse im Sehsystem vermittelt die Bandsynapse der Photorezeptoren die Weitergabe von Lichtsignalen an nachgeschaltete Neurone. Sie ist auf die kontinuierliche Transmitter-Freisetzung spezialisiert und eine der leistungsfahigsten und komplexesten chemischen Synapsen des Zentralnervensystems. An der prasynaptischen Seite gewahrleistet ein dichtes Proteinnetzwerk – die Zytomatrix der aktiven Zone (CAZ) - die exakte Transmitter-Freisetzung. Die CAZ wird an der Photorezeptor-Bandsynapse in die beiden Module arciforme Dichte und synaptisches Band unterteilt. Anhand einer Bassoon-mutanten Maus konnten diesen beiden Modulen die entsprechenden molekularen Komponenten zugeordnet werden. Bassoon verbindet die beiden Module der Bandsynapse miteinander (Dick et al. 2003; tom Dieck et al. 2005). Unklar ist, welche Protein-Interaktionen fur die Stabilitat der Bandsynapse sorgen. Kandidaten fur einen Komplex mit Bassoon waren Piccolo und RIBEYE am synaptischen Band und CAST an der arciformen Dichte. Zur Klarung dieser Fragestellung wurden im Rahmen dieser Arbeit die Retinae der Piccolo-DeltaEx16-Maus, der Bassoon-mutanten Maus und der CAST-Knockout-Maus auf morphologische und funktionelle Veranderungen untersucht. Bei allen drei Mauslinien wurde eine gestorte Morphologie und Funktion der Bandsynapse erwartet. Uberraschenderweise konnten in der Retina der Piccolo-DeltaEx16-Maus weder synaptische noch zellulare Veranderungen festgestellt werden. Mit Hilfe von Piccolo-Antikorpern, deren antigene Epitope an unterschiedlichen Stellen im Piccolo-Protein lokalisiert sind, wurde biochemisch (Western Blot-Analysen) und immunzytochemisch eine Bandsynapsen-spezifische Piccolo-Isoform identifiziert. Diese Piccolo-Isoform ist in der Piccolo-DeltaEx16-Maus noch vorhanden, wodurch es zu keinem Bandsynapsen-Phanotyp kommt. Im Gegensatz zur Piccolo-DeltaEx16-Maus zeigten die Retinae der Bassoon-mutanten und der CAST-Knockout-Maus zellulare und synaptische Veranderungen. Bei beiden Mauslinien wachsen die Horizontal- und die Bipolarzellen fortschreitend in die ONL aus. Dabei bilden sich entlang der auswachsenden Fortsatze ektopische Synapsen. Funktionelle ERG-Analysen ergaben eine gestorte Transmission der Photorezeptoren auf die nachfolgenden Bipolar- und Horizontal-Zellen. In der CAST-Knockout-Maus ist die Struktur der Bandsynapse grostenteils erhalten. Sie ist lediglich in ihrer dreidimensionalen Ausdehnung nicht voll entwickelt. Keines der untersuchten Proteine ist bei der CAST-Knockout-Maus in seiner Menge reduziert oder umverteilt. Eine strukturelle Funktion von CAST an der Bandsynapse kann aufgrund dieser Ergebnisse weitgehend ausgeschlossen werden. Es wirkt moglicherweise regulierend auf den Prozess des Dockings und/oder Primings der Transmitter-gefullten Vesikel. Im Unterschied zur CAST-Knockout-Maus hat die Bandsynapse der Bassoon-mutanten Maus einen dramatischen Phanotyp - die Struktur der Bandsynapse ist gestort und viele der Proteine der arciformen Dichte sind nicht mehr detektierbar oder umverteilt. Aus diesen Ergebnissen wurde fur Bassoon eine Struktur- und Bandsynapsen-erhaltende Funktion abgeleitet. Mittels in vitro-Versuchen zu zustandsabhangigen Veranderungen des synaptischen Bandes wurde die Struktur-erhaltende Funktion von Bassoon an der Photorezeptor-Bandsynapse bestatigt. Die Proteine der Bandsynapse konnten anhand dieser Versuche, bei denen die Kalziumkonzentration experimentell erhoht oder verringert wurde, in Proteine mit einem stabilen Verteilungsmuster und solche, deren Verteilung dynamisch veranderlich ist, unterschieden werden. Die Kenntnis des molekularen Aufbaus und die funktionellen Interaktionen der einzelnen Komponenten der Bandsynapse ist eine Grundvoraussetzung fur die Erforschung des Wirkungsmechanismus der Bandsynapse in sensorischen Systemen. Weiterfuhrende Analysen wie beispielsweise live imaging-Untersuchungen werden unbedingt notwendig sein, um die Funktion des synaptischen Bandes und seine molekulare Struktur zu ergrunden.