Abbildung und Kontrolle synaptischer Plastizität: Neue fluoreszente Protein-Kohlenstoffnanoröhren Sensoren zur raumzeitlichen Regulation von Proteinproduktion

Aktivitätskontrollierte synaptische Plastizität ist ein wichtiges Thema in der Neuro-Biophysik. Ein möglicher Mechanismus der Modifikation von Synapsen ist aktivitätskontrollierte lokale Proteintranslation. FMRP, ein RNA-bindendes Protein, spielt hier vermutlich eine kritische Rolle. FMRP hat multiple RNA Bindungsstellen und regelt wahrscheinlich verschiedene m-RNA Species. Eine Hypothese ist, dass es distinkte funktionale Untergruppen von FMRP gibt , die jeweils einen bestimmten Set von mRNA Molekülen regeln. Es fehlt bisher allerdings eine Methode zur Untersuchung der Dynamik endogener FMRP Moleküle. Biochemische Methoden liefern keine räumliche und zeitliche Auflösung. Fluoreszenz-Methoden benötigen normalerweise überexprimiertes Protein. Da die lokale Konzentration von FMRP selbst genau geregelt zu sein scheint ist dies ein Problem. Wir schlagen eine neue, generell anwendbare Methode zur dynamischen Visualisierung endogener Proteine in neuronalen/synaptischen Kompartimenten in der Zelle vor. Zuerst werden mit Hilfe von Hochdurchsatz-Screening aus "engineered protein (monobody) libraries" spezifische Bindungsproteine (affinity tags) für FMRP gewonnen. Diese werden dann mit langzeitstabilen infrarot-fluoreszenten Karbon-Nanoröhrchen funktionalisiert. So ist es möglich, zeitlich hochaufgelöste Langzeitmessungen von Einzelmolekülbewegungen in der Zelle durchzuführen mit minimaler Phototoxizität und ohne Bleichen der Farbstoffe. Wir werden zunächst die räumliche Verteilung der intrazellulären Mobilität der endogenen Pools vom FMRP untersuchen. Es wird möglich sein, Bindungsproteine zu benutzen, die bestimmte RNA-bindende Domänen adressieren. Dadurch kann man verschiedene funktionale Pools von FMRP verfolgen. Die neue Methode ist darüberhinaus generell anwendbar und kann weiterentwickelt werden, um die intrazelluläre Dynamik vielfältiger endogener Proteine des synaptischen Kontroll- und Remodellierungsapparats zu erforschen.