Project

Discipline

GABA(B) receptor; Degradation; Receptor associated proteins; CHOP; ERAD; Cerebral ischemia; Interfering peptide; Proteasome; Neuronal death; Inhibitory neurotransmission

Lead
Der Schlaganfall ist die dritthäufigste Todesursache in den industrialisierten Ländern und die häufigste Ursache einer schweren Behinderung bei Erwachsenen. In der Schweiz erleiden jährlich etwa 16‘000 Menschen einen Schlaganfall. Der Schlaganfall entsteht in der Regel durch eine Durchblutungsstörung im Gehirn (zerebrale Ischämie), die nach einiger Zeit zum Absterben von Nervenzellen führt. Bis heute existiert keine pharmakologische Therapie, die das Absterben von Hirngewebe bei Hirnschlag-Patienten wirksam bekämpft. In diesem Forschungsprojekt werden Veränderungen der Regulationsmechanismen eines Rezeptors für den inhibitorischen Neurotransmitter GABA (GABA(B)-Rezeptor) unter ischämischen Bedingungen untersucht, mit dem Ziel neue therapeutische Ansätze zur Verhinderung des Absterbens von Nervenzellen zu entwickeln.
Lay summary
Inhalt und Ziele des Forschungsprojekts Als eine der Hauptursachen für das Absterben von Nervenzellen infolge eines Schlaganfalls wird deren Übererregung durch die massive Freisetzung des Neurotransmitters Glutamat angesehen und die damit verbundene Überaktivierung der Glutamat-Rezeptoren. Unter normalen Bedingungen wird die Aktivität der Glutamat-Rezeptoren durch GABA(B)-Rezeptoren kontrolliert um eine Übererregung zu verhindern. Es gibt Hinweise darauf, dass die GABA(B)-Rezeptoren unter ischämischen Bedingungen von ihrem Wirkort, der Zelloberfläche, entfernt werden und somit die Glutamat-Rezeptoren nicht mehr ausreichend kontrollieren können. Wir haben bislang drei Mechanismen identifiziert, die mutmasslich an der Herunterregulierung der GABA(B)-Rezeptoren beteiligt sind. Ziel dieses Forschungsprojekts ist: 1.  Die eingehende Analyse der Faktoren, welche für die Herunterregulierung der GABA(B)-Rezeptoren unter ischämischen Bedingungen verantwortlich sind. 2.  Die Herunterregulierung der GABA(B)-Rezeptoren durch Unterbindung von relevanten Protein-Protein-Interaktion mittels spezifischer Peptide zu verhindern und so möglicherweise das Absterben von Nervenzellen zu verhindern. Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts Wir erwarten, dass die Ergebnisse dieses Forschungsprojekts unser Wissen und Verständnis über die Regulation von Neurotransmitter-Rezeptoren sowohl unter physiologischen als auch unter pathologischen Bedingungen beträchtlich erweitert. Wenn sich unsere Hypothesen bestätigen, bilden die Ergebnisse dieses Projekts die Grundlage für die Entwicklung hochspezifischer therapeutischer Ansätze zur Bekämpfung des Absterbens von Nervenzellen nach einem Hirnschlag.

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Last update: 29.09.2014

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Cerebral ischemia often leads to death or long-term disability due to severe neuronal death. Cerebral ischemia is caused by perturbed blood supply to or within the brain, which deprives neurons from oxygen and energy. A main cause for delayed neuronal death associated with cerebral ischemia is the massive release of glutamate overstimulating glutamate receptors and triggering apoptosis. Currently, there is no treatment to protect neurons from dying after the infarct. More than 1000 potential neuroprotective treatments tested so far failed in clinical trials. Thus, there is an urgent need for new strategies that may lead to the development of safe and effective interventions limiting neuronal death associated with cerebral ischemia.Under normal conditions the activity of glutamate receptors is controlled by the G protein-coupled GABA(B) receptors. There is evidence that GABA(B) receptors are downregulated under ischemic conditions, which is expected to promote neuronal death due to a loss of GABA(B) receptor-mediated inhibition. We recently discovered three distinct mechanisms downregulating cell surface GABA(B) receptors most likely under ischemic conditions:1. Glutamate receptor-mediated downregulation of GABA(B) receptors2. ERAD-mediated downregulation of GABA(B) receptors3. CHOP-induced downregulation of GABA(B) receptorsAll these mechanisms affect trafficking events of GABA(B) receptors and are controlled by interactions of specific proteins with the receptors. In this proposal we aim at clarifying whether these mechanisms contribute to excitotoxicity in cerebral ischemia. We will explore whether interfering with these mechanisms restores normal GABA(B) receptor levels and limit ischemic neuronal death. We intend to study the involvement of GABA(B) receptor downregulation under ischemic conditions on three levels using models for cerebral ischemia: the in vitro model of oxygen and glucose deprivation using cultured cortical neurons as well as cortex slices and the in vivo mouse model of photothrombotic ischemia. We will use state of the art biochemical (e. g. in situ proximity ligation assay) and imaging techniques (e. g. live cell imaging confocal laser scanning, super resolution [STED] and two-photon microscopy) to monitor protein-protein interactions and GABA(B) receptor dynamics under ischemic conditions. We plan to screen for small synthetic peptides interfering with protein-protein interactions triggering the downregulation of GABA(B) receptors to preserve or restore normal levels of cell surface GABA(B) receptors. The potential neuroprotective effect of the interfering peptides will be analyzed in all three models of cerebral ischemia.We expect that the proposed work will greatly enhance our knowledge on the regulation of GABA(B) receptors under normal and pathological conditions. If preserving/restoring normal GABA(B) receptor expression levels under ischemic conditions indeed limit neuronal death our work will provide the basis for the development of highly specific novel therapeutic interventions to combat neuronal cell death.