dc.contributor.author
Liu, Karen Suk Yin
dc.date.accessioned
2018-06-07T15:51:16Z
dc.date.available
2012-11-14T10:37:46.462Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/1696
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-5898
dc.description.abstract
Active zones are highly-specialized sites in the presynaptic bouton that are
essential for neurotransmitters release. The molecular machinery mediating the
fusion of synaptic vesicles (SVs) at presynaptic active zone membranes has
been studied in detail, and several essential components have been identified.
Active zone associated protein scaffolds were so far viewed as rather
modulatory for transmission. Bruchpilot (BRP), a large coiled-coil domain
protein of the mammalian CAST/ELKS family, was previously shown to be
essential for both the structural and functional integrity of the presynaptic
active zone cytomatrix (CAZ) at Drosophila synapses. To identify further
components forming the active zone cytomatrix, additional candidate active
zone scaffold proteins were characterized by combining genetic with
physiological analysis at NMJ model synapses. Rab3 Interacting Molecules
(RIMs) are evolutionary conserved scaffolding proteins that are localized at
AZs and studies in mammals have shown important synaptic roles for RIMs in SV
docking and priming. To thoroughly examine the function of RIM at the
Drosophila NMJ, we subjected the rim locus to genetic analysis. Several
intragenic mutants of rim could be identified by means of deletion screenings.
Surprisingly, adult vitality and locomotive behavior were only partially
affected in these mutants. Next, the Drosophila ortholog of mammalian RIM-
Binding Protein (DRBP) was subjected to genetic analysis. Intragenic null
alleles were created by chemical mutagenesis. Adult vitality and locomotive
behavior of larval drbp mutants were significantly impaired. All phenotypes of
the mutants could be rescued by introducing one copy of a drbp genomic
construct. Further characterizations of the drbp null allele revealed that
DRBP is a direct building block of the active zone cytomatrix, and critical
for efficient neurotransmitter release. The discovery of DRBP calls for the
identification of additional molecular components in the BRP/DRBP matrix and
the detailed analysis of how DRBP functions in active zone assembly. Finally,
immuno-stainings showed that BRP and DRBP are not equally distributed over CNS
synapses. Instead, DRBP rich and poor active zone populations were easily
retrieved. To assign these different classes to particular neuronal
populations, subtype specific expression using GAL4 lines was combined with
previously designed transgenic tools (e.g. GFP-labeled acetylcholine receptor
and BRP-derived constructs). DRBP-rich synapses were found to be
preferentially enriched at presynaptic terminals of mushroom body Kenyon
cells. In the antennal lobes, a much lower endogenous DRBP level was detected
at olfactory receptor neuron presynapses, while DRBP-rich synapses were found
at the inhibitory local interneuron active zones. This data might help in the
anatomical description of synapse identities throughout the Drosophila
circuits. Moreover, active zone protein composition diversity might be an
important means of functional diversification.
de
dc.description.abstract
Aktive Zonen sind für die Neurotransmitterfreisetzung spezialisierte Bereiche
im präsynaptischen Bouton, wo synaptische Vesikel (SV) akkumulieren und
andocken. Die molekulare Maschinerie, die die Fusion synaptischer Vesikel mit
der Plasmamembran der präsynaptischen aktiven Zone vermittelt, war in der
Vergangenheit bereits Gegenstand detaillierter Studien, welche zur
Identifikation mehrerer essentieller Komponenten geführt haben. Bisher galten
Gerüstproteine der aktiven Zone vor allem als Modulatoren der
Signalübertragung. Es wurde bereits gezeigt, dass Bruchpilot (BRP), ein
Protein mit ausgedehnten coiled-coil Regionen und Homologie zur CAST/ELKS
Familie, essentiell für sowohl die strukturelle wie die funktionelle
Integrität der Cytomatrix der präsynaptischen aktiven Zone (CAZ) in Drosophila
Synapsen ist. In dieser Studie wurden in NMJ Modellsynapsen weitere
Gerüstproteine mit genetischen und physiologischen Methoden identifiziert und
charakterisiert. Rab3 Interacting Molecules (RIM) sind evolutionär
konservierte Gerüstproteine, für die in Säugern eine wichtige Rolle bei
Neurotransmitterfreisetzung nachgewiesen wurde. Zunächst wurde die Rolle von
RIM in NMJ Modellsynapsen durch genetische Analyse des rim Lokus untersucht.
Deletionsscreening führte zur Identifikation mehrerer rim-Mutanten, doch
Vitalität und lokomotives Verhalten adulter Fliegen waren überraschenderweise
nur partiell beeinträchtigt. Weiterhin wurde das Drosophila-Orthologe des RIM-
Binding Protein (DRBP) einer genetischen Analyse unterzogen und es wurden
durch chemische Mutagenese intragenische Nullallele erzeugt. drbp mutante
Larven wiesen ein erheblich gestörtes lokomotives Verhalten auf, und auch die
Vitalität adulter Fliegen war stark beeinträchtigt. Die Einführung eines
genomischen Rettungskonstrukts stellte die normale Transmission und Vitalität
wieder her. Durch weitere Charakterisierung des drbp Nullallels konnte gezeigt
werden, dass es sich bei DRBP um einen integralen Baustein der Zytomatrix der
aktiven Zone handelt, der bei der Freisetzung von Neurotransmittern eine
kritische Rolle spielt. Die Entdeckung dieses essentiellen Faktors
unterstreicht, dass es für das Verständnis der präsynaptischen aktiven Zone
entscheidend sein wird, in Zukunft ein vollständigeres Bild jener Komponenten
zu gewinnen, welche mit der BRP/DRBP-Matrix interagieren. Mittels Immunfärbung
konnte schließlich gezeigt werden, dass BRP und DRBP nicht gleichmäßig über
ZNS-Synapsen verteilt sind. Stattdessen konnten DRBP-reiche und -arme
Synapsenpopulationen identifiziert werden. Um diese verschiedenen Synapsen
bestimmten Neuronen-Subtypen zuzuordnen, wurden subtypenspezifische GAL4
Treiberlinien mit bereits zuvor erstellten transgenen Werkzeugen (z.B. GFP-
markierte Acetylcholin-Rezeptoren und fluoreszent-markierte BRP Konstrukte)
kombiniert. Synapsen mit hohem DRBP Level waren hauptsächlich in den
Präsynapsen von Kenyon Zellen im Pilzkörper zu finden. In den Antennalloben
wurde ein niedriger endogener DRBP-Level in Präsynapsen olfaktorischer
Rezeptorneuronen gefunden, während DRBP-reiche Synapsen in den lokalen
inhibitorischen Interneuronen vorhanden waren. Diese Daten erlauben nicht nur
eine bessere anatomische Zuschreibung von Synapsen-Identitäten in den
neuronalen Netzwerken von Drosophila, es besteht auch die Möglichkeit, dass
die Diversität in der Zusammensetzung der aktiven Zone mit einer funktionalen
Diversifizierung korrespondiert.
de
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
Rab3 Interacting Molecules (RIM), RIM-Binding Protein, NMJ, CNS
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie
dc.title
Genetic dissections of active zone proteins
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Stephan J. Sigrist
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Hans-Joachim Pflüger
dc.date.accepted
2012-10-29
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000039946-9
dc.title.translated
Genetische Zerlegung von Proteinen der aktiven Zone
de
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000039946
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000012434
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access