Podoplanin: ein neuer Regulator synaptischer Plastizität im Gehirn

Podoplanin, ein Sialoglycoprotein, das ursprünglich in der Rattenniere identifiziert wurde, ist im menschlichen Körper exprimiert und dafür bekannt, Zellmotilität und Migration zu regulieren. Interessanterweise wurde Podoplanin auch im Gehirn lokalisiert, was die Frage aufwirft, ob Podoplanin auch die Motilität und wachstumsbedingte Prozesse in Gehirnzellen regulieren kann und somit die Gehirnfunktion beeinflussen könnte . Jedoch ist die Rolle des Podoplanin im zentralen Nervensystem noch nicht bekannt. Das Ziel dieser Arbeit ist es, zur Aufklärung der physiologischen Rolle von Podoplanin im Säuger-Nervensystem beizutragen. Zu diesem Zweck verwendeten wir die Maus als Versuchsmodell. Zuerst bestätigten wir das Vorhandensein von Podoplanin im Gehirn unter Verwendung von qPCR, Western-Blots und immunzytochemische Analyse. Wirstellten fest , dass dessen Transkription im Gehirn mehrfach höherim Vergleich zu anderen Geweben (einschließlich Herz, Lunge und Niere) ist. Das Vorkommen von Podoplanin ist zudem auf bestimmte Regionen des Gehirns beschränkt, wobei Podoplanin besonders stark im für Gedächtnisfunktionen wichtigen Gyrus dentatus des Hippocampus exprimiert wird. Zusätzlich, unter Verwendung genetisch veränderter Podoplanin-Knockout-Mäusen, fanden wir heraus, dass die Abwesenheit von Podoplanin in Neuronen des Hippocampusden Neurotrophin-induzierten Auswuchs von Neuriten beeinträchtigt. Unsere in vitro- elektrophysiologischen Untersuchungen an hippocampalen Schnitten zeigten des Weiteren, dass Podoplanin- Mangel Langzeitpotenzierung und -depression beeinträchtigt. Diese ersten Ergebnisse lassen uns, angesichts der Bedeutung des Hippocampus für Lernen und Gedächtnis, vermuten, dass Podoplanin in vivo an der Regulation der Hippocampus-synaptischen Plastizität und speicherbezogenen Verhaltensfunktionen beteiligt sein könnte. Im Zuge dieses Projekts werden wir diese Hypothese mit Hilfe molekularer / funktionaler Ansätze, von Live-Zell-Mikroskopie, Molekularbiologie, Elektrophysiologie und Verhaltenstests, testen. Zuerst werden wir die Effekte der Abwesenheit und Überexpression von Podoplanin auf die morphologischen und elektrischen Eigenschaften des hippocampalen neuronalen Netzwerks unter Verwendung von primären Kulturen charakterisieren. Als Nächstes werden wir elektrophysiologisch an hippocampalen Schnitten untersuchen, ob das Fehlen von Podoplanin die synaptische Plastizität im CA1-CA3-Schaffer-Kollateralweg beeinflusst. Darüber hinaus werden wir untersuchen, ob Podoplanin an der postnatalen Neurogenese beteiligt ist. Schließlich werden wir eine Reihe von Verhaltenstests verwenden, um die mögliche Beteiligung von Podoplanin an der hippocampusabhängigen Langzeitgedächtnisbildung in vivo zu untersuchen. Wir erwarten, dass die in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse zur Aufklärung der bisher unbekannten Rolle von Podoplanin im Säugerhirn beitragen und neue Informationen über den Mechanismus der Neurogenese und Gedächtnisspeicherung liefern werden.

Podoplanin ist ein Protein, das bei Menschen und in anderen Spezies in vielen lebenswichtigen Geweben, wie der Lunge und dem Herz, exprimiert ist. Untersuchungen in Tieren haben ergeben, dass die komplette Abwesenheit von Podoplanin zu einer abnormalen Entwicklung von Lunge und Herz führt, und die entsprechenden Tiere auf Grund einer Störung von kardio-respiratorischen Funktionen kurz nach der Geburt versterben. Im Gegensatz dazu ist die ausgeprägte zelluläre Anwesenheit von Podoplanin mit der Genese und Ausbreitung von verschiedenen Krebsarten verknüpft. Diese Beobachtungen weisen auf die Bedeutung von Podoplanin für physiologische und pathologische Prozesse hin. Interessanter Weise wurde Podoplanin auch in den Nervenzellen des Hippokampus nachgewiesen, einer Gehirnstruktur, die für Lern- und Gedächtnisvorgänge von wesentlicher Bedeutung ist. Bisher jedoch, blieb die Rolle von Podoplanin in Neuronen des erwachsenen Gehirns unbekannt. Unter Verwendung des Mausmodelles und mittels einer Kombination aus mikroskopischen Analysen an lebenden Zellen gemeinsam mit molekularbiologischen, elektrophysiologischen und verhaltensbiologischen Untersuchungen, konnte jetzt neue experimentelle Hinweise für eine Rolle von Podoplanin in der Modulation von neuronalen Prozessen im Gehirn, gewonnen werden. Die Ergebnisse zeigten, dass das Fehlen von Podoplanin im adulten Gehirn das hippokampale räumliche Lernen und Gedächtnis beeinträchtigte. Andererseits, förderte die Überexpression von Podoplanin die synaptische Aktivität und das Wachsen von neuritischen Fortsätzen. Weiters zeigte Surface Plasmon Resonance, ein Verfahren zur Untersuchung molekularer Interaktionen, dass Prodoplanin in direkter Interaktion mit Neurotrophinen, kleinen Signaltransduktionsmolekülen welche als bedeutende Regulatoren von neuronalem Wachstum und Gedächtnisfunktionen bekannt sind, steht. Diese Arbeit regt daher weitere Untersuchungen des funktionellen Austausches zwischen Podoplanin und neurotrophischer Signalübertragungswege und der möglichen Beteiligung von Prodoplanin an der Regulation der neuronalen Aktivität im Gehirn sowie von Lern- und Gedächtnisvorgängen, an.