Neuroligin: Characterization of a neuronal transmembrane protein

Synapsen sind hoch spezialisierte Kontaktstellen, an welchen die Kommunikation zwischen Nervenzellen stattfindet. Bei der Steuerung von Entstehung und Modulation der synaptischen Kontakte sind maßgeblich Zelladhäsionsproteine beteiligt. Neuroligine sind postssynaptisch lokalisierte Transmembranproteine. Sie bilden mit beta-Neurexinen transsynaptische Zelladhäsionssysteme, deren Lokalisation und Eigenschaften darauf hindeuten, dass diese an der Steuerung der Synapsenentstehung beteiligt sind. Während die extrazellulären Bindungen der Neuroligine recht gut untersucht worden sind, waren bisher nur wenige intrazelluläre Bindungspartner bekannt. Die vorliegende Studie beschreibt die Identifizierung und Charakterisierung dreier Proteine, welche an den intrazellularen C-Terminus von Neuroligin binden: die Ubiquitinligase Nedd4.1 sowie die Strukturproteine 4.1N und 4.1B. Ubiquitinligasen wie Nedd4.1 regulieren die Lebensdauer von Proteinen durch Ubiquitinierung. Auf diese Weise wird eine Vielzahl zellulärer Prozesse, unter anderem auch die Modulation von Synapsen gesteuert. Die vorliegende Studie zeigt die Interaktion zwischen einer als PY-Motiv benannten konservierten Sequenz am C-Terminus von Neuroligin und den WW-Domänen von Nedd4.1. Neuroligin und Nedd4.1 sind gemeinsam in den postsynaptischen Kompartimenten lokalisiert. Die Interaktion resultiert jedoch nicht in der Ubiquitinierung von Neuroligin, fixiert Nedd4.1 jedoch in der Postsynapse und versetzt es so in die Lage, die Verweildauer anderer Proteine in dieser Region zu regulieren. Um weiteren Aufschluss über die Funktion und Zielproteine von Nedd4.1 zu erhalten, wurde eine Nedd4.1-Deletionsmutante in der Maus generiert. Diese Mutanten sterben bereits im Embryonalstadium ab. Auf diese Weise wird belegt, dass Nedd4.1 tatsächlich essentiell für die Embryonalentwicklung ist. Die Proteine 4.1N und 4.1B koordinieren die Integration von Proteinen in das Zytoskelett. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit geben Hinweise auf die Bildung von Proteinkomplexen zwischen Neuroligin, 4.1-Proteinen und Proteinen der Familie der membran assoziierten Guanylatkinasen (MAGuKs) in der submembranen Matrix. Die Interaktion zwischen Neuroligin 1 und Protein 4.1, nicht jedoch die MAGuK-Interaktion scheint entscheidend für die Zielsteuerung von Neuroligin zur postsynaptischen Plasmamembran und dessen Verankerung mit dem dortigen Aktin-Zytoskelett zu sein.Synapses are highly specialized contact sites where the communication between nerve cells takes place. Cell adhesion proteins are the key regulators of synaptogenesis and modulation. The Neuroligins constitute a family of neuronal transmembrane proteins. Together with beta-Neurexins they form transsynaptic cell adhesion complexes. Localization and characters of these complexes indicate a functional role in the regulation of synapse formation. In contrast to the extracellulare binding to beta-Neurexin little is known about intracellular Neuroligin binding proteins. The present study describes the identification and characterization of three proteins as intracellular binding partners of Neuroligin, the ubiquitinligase Nedd4.1 and the scaffolding proteins 4.1N und 4.1B. Ubiquitinligases like Nedd4.1 regulate the ubiquitin dependend degradation of target proteins. One in a multitude of cellular processes which are regulated by ubiquitination, is the modulation of synapses. The experiments presented substantiate the interaction between WW-domains of Nedd4.1 and a conserved PY-motif at the C-terminus of Neuroligin. Both proteins are colocalized in postsynaptic compartments. However, the interaction does not result into the ubiquitin dependent regulation of Neuroligin. A Nedd4.1 knockout mouse line was generated to obtain more information about Nedd4.1`s function and target proteins. These mutant mice died during embryonic development. The proteins 4.1N and 4.1B function as coordinators of the integration of proteins into the cytoskeleton. The results of the present study indicate the formation of complexes between Neuroligin, protein 4.1s and members of the protein family of membrane associated guanylate kinases (MAGuKs). The interaction between Neuroligin 1 and protein 4.1 but not the MAGuK-interaction seems to be important for the targeting of Neuroligin to the postsynaptic plasma membrane and it`s anchoring into the local actin cytoskeleton