Regulation der dendritischen Verzweigung durch das postsynaptische Protein Densin-180 und seinen neu identifizierten Bindungspartner MACF

Die synaptische Plastizität stellt die Basis für komplexe Lernprozesse und Gedächtnisbildung dar. In glutamatergen Synapsen verknüpfen Gerüstproteine der Shank-Familie über eine Vielzahl von Interaktionspartnern die verschiedenen Glutamatrezeptoren mit dem Aktincytoskelett und Signalmolekülen. Shank 1 und 3 interagieren mit der C-terminalen Region des postsynaptischen Proteins Densin-180, welches bei Überexpression in primären Hippokampusneuronen der Ratte zu einer stark erhöhten Zahl von dendritischen Ausläufern führt. Die Induktion der Verzweigungen ist allein durch die Überexpression der N-terminalen LRR (leucine rich repeat)-Domäne zu erreichen, so dass die Identifikation neuer Interaktionspartner dieser Domäne detaillierte Erkenntnisse über den Mechanismus der durch Densin-180 induzierten Veränderungen der neuronalen Morphologie erhoffen ließ.

Ausgehend von einem Hefe-2-Hybrid-screen wurde das Protein MACF (microtubule actin crosslinking factor) als möglicher Kandidat gefunden. Die Interaktion zwischen Densin-180 und MACF wurde durch ein Pulldown-Experiment mittels GST-Fusionsproteinen bestätigt. Weiterführende Analysen zeigten, dass die EF-hands von MACF die Interaktion vermitteln.

Um die Funktion von Densin-180 und MACF in Neuronen zu analysieren, folgten Überexpressionsstudien in primär kultivierten Neuronen aus dem Hippokampus der Ratte sowie anschließende Auswertung mittels konfokaler Mikroskopie. Während die Expression von Densin-180 zu einem extremen Anstieg dendritischer Verzweigungen mit Ausbildung netzartiger Strukturen führt, zeigte sich nach Koexpression beider Proteine eine signifikante Reduktion der durch Densin-180 induzierten Verzweigungen.

Mit MACF wurde ein in die Regulation der dendritischen Morphologie eingreifendes Protein als neuer Bindungspartner von Densin-180 identifiziert. Das Verhalten von MACF in kultivierten Hippokampusneuronen sowie die Fähigkeit, Aktin, Mikrotubuli und indirekt über Densin-180 und Shank an den NMDA-Rezeptor zu binden, legen den Schluss nahe, dass MACF mit seinen Bindungspartnern in der postsynaptischen Dichte eine maßgebliche regulatorische Aufgabe übernimmt.