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Unser Hauptforschungsinteresse ist es, das funktionelle Zusam­menspiel des kortikalen Aktincytoskeletts, welches die Plasmamembran unterstützt, formt und bewegt, mit Membrantransportprozessen zu verstehen. Diese Arbeiten enthüllen nicht nur Mechanismen beider Einzelprozesse, sondern auch wie Reorganisationen des Cytoskeletts und Modulationen der Membranzusammensetzung durch Vesikelkreisläufe zur Ausbildung spezieller morphologischer Strukturen führen können, die für die besondere Leistungsfähigkeit von Neuronen, für Zellbewegung und -polarität sowie für die Reorganisation neuronaler Netzwerke unabdingbar sind.

Projekte:

» The mammalian actin-binding protein 1 (Abp1) – a signal-responsive protein involved in actin dynamics and membrane trafficking.   (Roser Pinyol i Agelet, Elavarasi Dharmalingam, Akvile Inciute, Nicole Jäger, Nicole Reichenbach)
» Functional and structural organization of synapses.   (Rashmi Ahuja, Akvile Inciute, Nicole Jäger)
» The functional role of the endocytic protein syndapin in controlling actin cytoskeletal organization and dynamics. DFG-Proritiy program SPP1150   (Roser Pinyol i Agelet, Anne Braun, Rashmi Ahuja, Nicole Reichenbach)

Abp1 ist eine Signal-responsive Komponente des Aktincytoskeletts

Abb. 1 - Lokalisationsstudien zeigen die von Aktinneupolymerisation und Signaltransduktionskaskaden abhängige Assoziation von Abp1 mit dynamischen Aktinstrukturen wandernder Zellen.

Abb. 2,3 - In vitro-Rekonstruktionen von Aktinnukleation mit gereinigten Proteinen zeigen, dass Abp1 den Aktivator der Arp2/3-Aktinpolymerisationsmschine N-WASP bindet, die Autoinhibition von N-WSAP aufhebt und so die Aktinfilemantbildung steuert.

Mit den Aktin-bindenden Protein Abp1 haben wir ein Verbindungsglied von Aktincytoskelett und Membrantransportprozessen entdeckt

Abb. 4 - Detaillierte proteinbiochemische und zellbiologische Untersuchungen zeigen, dass Abp1 für die Rezeptor-vermittelte Endocytose, die Ausbildung von durch N-WSAP und Arp2/3-induzierte neuronale Morphologien und Aktinstrukturen sowie für die postsynaptische Organisation wesentlich ist und diese zellulären Prozesse und Funktionen auf molekularer Ebene integriert und koordiniert.

Abp1 interagiert mit der endocytotischen Vesikelbildungsmaschinerie

Abb. 5 - Kolokalisations- und Proteininteraktionsstudien zeigen, dass Abp1 mit der für Rezeptor-vermittelte Endocytose kritischen GTPase Dynamin interagiert.

Abb. 6 - Untersuchungen der Endocytose von fluoreszierendem Tracer bei gezielter Störung der Bindung von Abp1 an Dynamin zeigen, dass Abp1/Dynaminkomplexe für Endoctose notwendig sind.

Abp1 spielt eine Rolle in der strukturellen Organisation und Plastizität von Synapsen

Abb. 7 - Abp1 is present in both presynapses and postsynapses and has specific binding partners at each side of the synaptic cleft, ProSAP/Shanks in the postsynapse (compare Qualmann et al., 2004) and Piccolo in the presynapse (compare Fenster et al., 2003). Both of these proteins are scaffold proteins involved in synaptic organization.

Postsynaptische Interaktionspartner: ProSAP/Shanks

Abb. 8 - Abp1 assoziates with ProSAP/Shanks, scaffold proteins of the postsynaptic density that are directly and indirectly linked to receptors in the postsynaptic membrane (compare Qualmann et al., 2004), has a role in receptor-mediated endocytosis (compare Kessels et al., 2001) and is involve in organizing the actin cytoskeleton (Kessels et al., 2000; Pinyol et al., submitted). Recycling of AMPA-type gluatamate receptors and reorganization of the actin cytoskeleton are molecular bases for synaptic plasticity. We therefore propose that Abp1 plays a role in synaptic plasticity mechanisms. Such processes are the basis for learning and memory.

Präsynaptischer Interaktionspartner: Piccolo

Abb. 9 - Also the presynapse is marked by protein scaffolds, which are believed to ensure the effective exo- and endocytosis of neurotransmitter. These components are assembled in form of macromolecular arrays. These mircodomains represent the so-called the active zone of neurotransmitter release. The Abp1-binding partner Piccolo is a major component of the cytomatrix at the active zone. The Abp1 interaction is mediated by the Q-domain of Piccolo. Depicted are experiments to demonstrate the in vivo relevance of this interaction by coimmunoprecipitations and coimmunolocalizations (compare Fenster et al., 2003).

Förderung: DFG, KAAD, La Caixa/DAAD, DAAD/Leibniz, K. Martinkus Memoriam Fund, Verband der Chemischen Industrie Zusammenarbeiten im IfN: Abt. Neurochemie/Molekularbiologie (AG Chemische Synapsen); FG Zellbiologie. Nationale und Internationale Zusammenarbeiten: W. Almers & C. J. Merrifield, Portland; S. C. Almo, New York; T. Böckers, Ulm; J. H. Brandstätter, Erlangen; C. C. Garner, Palo Alto; B. D. Grant, Piscataway; S. F. Hamm-Alvarez, Los Angeles.

Weitere Inhalte sind in englischer Sprache verfügbar.

Selected Publications:

Kessels, M. M. & Qualmann, B. (2006). Syndapin oligomers interconnect the machineries for endocytic vesicle formation and the actin cytoskeleton.
J. Biol. Chem., 281, 13285-13299.

Kessels, M. M.*, Dong, J.*, Leibig, W., Westermann, P. & Qualmann, B. (2006). Complexes of syndapin II with dynamin II promote vesicle formation at the trans-Golgi network.
J. Cell Sci.., 119, 1504-1516.

Braun, A.*, Pinyol, R.*, Koch, D., Dahlhaus, R., Fonarev, P., Grant, B. D., Kessels, M. M. & Qualmann, B. (2005). EHD proteins associate with syndapin I and II and such interactions play a crucial role in endosomal recycling.
Mol. Biol. Cell , 16, 3642-3658.

Kessels, M. M. & Qualmann, B (2005). Extending the court for cortactin: from the cortex to the Golgi.
Nat. Cell Biol., 7, 448-449

tom Dieck, S.*, Altrock, W. D.*, Kessels, M. M., Qualmann, B., Regus, H., Brauner, D, Fejtová, A., Bracko, O., Gundelfinger, E. D. & Brandstätter, J. H. (2005). Molecular dissection of the photoreceptor ribbon synapse: physical interaction of Bassoon and RIBEYE is essential for the assembly of a functional ribbon complex.
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Merrifield, C. J., Qualmann, B., Kessels, M. M. & Almers, W. (2004). Neuronal Wiskott Aldrich Syndrome Protein (N-WASP) and the Arp2/3 complex are recruited to sites of clathrin-mediated endocytosis in cultured fibroblasts.
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Qualmann, B., Boeckers T. B., Jeromin, M., Gundelfinger, E. D. & Kessels, M. M. (2004). Linkage of the actin cytoskeleton to the postsynaptic density via interactions of Abp1 with ProSAP/Shanks.
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Da Costa, S. R., Sou, E., Xie, J., Yarber, F. A., Okamoto, C. T., Pidgeon, M., Kessels, M. M., Mircheff, A. K., Schechter, J. E., Qualmann, B. & Hamm-Alvarez, S. F. (2003). Impairing actin filament or syndapin functions promotes accumulation of clathrin-coated vesicles at the apical plasma membrane of acinar epithelial cells.
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Fenster, S. D. *, Kessels, M. M. *, Qualmann, B. *, Wook, J. C., Nash, J., Gundelfinger, E. D. & Garner, C. C. (2003). Interactions between piccolo and the actin/dynamin-binding protein Abp1 link vesicle endocytosis to presynaptic active zones.
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Kessels, M. M., Engqvist-Goldstein, Å. E. Y., Drubin, D. G. & Qualmann, B. (2001). Mammalian Abp1, a signal-responsive F-actin-binding protein, links the actin cytoskeleton to endocytosis via the GTPase dynamin.
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Kessels, M. M., Engqvist-Goldstein, Å. E. Y. & Drubin, D. G. (2000). Association of mouse actin-binding protein 1 (mAbp1/SH3P7), an src kinase target, with dynamic regions of the cortical actin cytoskeleton in response to Rac1 activation.
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