Wir befassen uns bereits seit vielen Jahren mit den zellulären Mechanismen, mit denen Rezeptoren für Hormone und Neurotransmitterrezeptoren zu spezialisierten Orten auf der Zellmembran wie z.B. Synapsen gesteuert werden. Dabei fokussieren wir uns insbesondere auf Proteine, die intrazellulär mit den Rezeptoren über sogenannte PDZ-Domänen interagieren, wie z.B. Mitglieder der Shank/ProSAP-Proteinfamilie, die Serin/Threonin-Kinase CASK oder das Golgi-assoziierte Protein PIST/GOPC. Wir nutzen verschiedene zelluläre Modellsysteme (humane Zellinien; primär kultivierte Neurone) um die Funktion dieser Proteine u.a. bei der der Zielsteuerung von Rezeptoren, bei der Etablierung der neuronalen Morphologie und der Bildung von Synapsen zu untersuchen. Durch die Etablierung und Analyse von knockout Mauslinien, in denen die jeweiligen kodierenden Gene inaktiviert sind, versuchen wir, die Funktion dieser Proteine in vivo zu entschlüsseln.

Mehrere der von uns untersuchten Proteine stehen im Mittelpunkt genetischer Erkrankungen; so wurden Mutationen in den SHANK3- und CASK-Genen bei Patienten mit Intelligenzminderung und Autismus beobachtet. In Zusammenarbeit mit der AG von Stefan Kindler beobachteten wir weiterhin, dass die Synthese der Shank-Proteine beim fragilen X-Syndrom, einer relativ häufigen Form der Intelligenzminderung, fehlreguliert ist. Weiterhin untersuchen wir eine Reihe von RNA-bindenden Proteinen, die am Transport und an der Translation von mRNAs in Neuronen beteiligt sind. Hier konnte in Zusammenarbeit mit Davor Lessel gezeigt werden, dass Mutationen im kodierenden Gen für die RNA-Helicase DHX30 zu einer schweren neuronalen Entwicklungsstörung führen.

Wir erwarten bei unseren Projekten sowohl neue Erkenntnisse über die molekularen und zellulären Funktionen der untersuchten Proteine, als auch neue Einblicke in die mit diesen Proteinen assoziierten Pathologien.

• Hassani Nia F, Kreienkamp HJ (2018) Functional Relevance of Missense Mutations Affecting the N-Terminal Part of Shank3 Found in Autistic Patients. Front Mol Neurosci 11:268.
• Lessel D, Schob C, Kury S, Reijnders MRF, Harel T, Eldomery MK, Coban-Akdemir Z, Denecke J, Edvardson S, Colin E, Stegmann APA, Gerkes EH, Tessarech M, Bonneau D, Barth M, Besnard T, Cogne B, Revah-Politi A, Strom TM, Rosenfeld JA, Yang Y, Posey JE, Immken L, Oundjian N, Helbig KL, Meeks N, Zegar K, Morton J, study DDD, Schieving JH, Claasen A, Huentelman M, Narayanan V, Ramsey K, Group CRR, Brunner HG, Elpeleg O, Mercier S, Bezieau S, Kubisch C, Kleefstra T, Kindler S, Lupski JR, Kreienkamp HJ (2017) De Novo Missense Mutations in DHX30 Impair Global Translation and Cause a Neurodevelopmental Disorder. Am J Hum Genet 101:716-724.
• Lilja J, Zacharchenko T, Georgiadou M, Jacquemet G, De Franceschi N, Peuhu E, Hamidi H, Pouwels J, Martens V, Nia FH, Beifuss M, Boeckers T, Kreienkamp HJ, Barsukov IL, Ivaska J (2017) SHANK proteins limit integrin activation by directly interacting with Rap1 and R-Ras. Nat Cell Biol 19:292-305.
• Koliwer J, Park M, Bauch C, von Zastrow M, Kreienkamp HJ (2015) The golgi-associated PDZ domain protein PIST/GOPC stabilizes the beta1-adrenergic receptor in intracellular compartments after internalization. J Biol Chem 290:6120-6129.
• Mameza MG, Dvoretskova E, Bamann M, Hönck HH, Güler T, Boeckers TM, Schoen M, Verpelli C, Sala C, Barsukov I, Dityatev A, Kreienkamp HJ (2013) SHANK3 Gene Mutations Associated with Autism Facilitate Ligand Binding to the Shank3 Ankyrin Repeat Region. J Biol Chem 288:26697-26708.

In Zusammenarbeit mit der AG von Prof. Kindler untersuchen wir die Zusammensetzung von mRNP-Partikeln, die für den Transport von mRNAs in Dendriten verantwortlich sind. Man nimmt an, dass dendritisch lokalisierte mRNAs, und die lokale Synthese synaptischer Proteine in Dendriten, es einem Neuron ermöglichen, die Proteinausstattung einzelner Synapsen gezielt zu verändern. Von Interesse sind hier insbesondere die zellulären Mechanismen der dendritischen Lokalisierung von mRNAs, sowie der lokalen Kontrolle der Translation.

Interessanterweise konnten wir in Zusammenarbeit mit der AG von Dr. Lessel beobachten, dass die kodierenden Gene für einzelne RNA-bindende Proteine bei Patienten mit neuronalen Entwicklungsstörungen verändert sind. Eine Reihe von missense-Mutationen im Gen für die RNA-Helicase DHX30 wurden bereits funktionell charakterisiert, und die Funktion von DHX30 für die Kontrolle der Translation in Neuronen wird derzeit weiter analysiert.

Förderung durch die Werner-Otto-Stiftung (2018 – 2020; gemeinsam mit D. Lessel) und die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Schwerpunktprogramm 1935 Deciphering the mRNP code: RNA-bound Determinants of Post-transcriptional Gene Regulation (2016 – 2019; gemeinsam mit S. Kindler).

Das SHANK3-Gen war eines der ersten Gene, in dem Mutationen bei Patienten mit Autismus (auch: autism spectrum disorders, ASD) gefunden wurden; diese Befunde trugen wesentlich dazu bei, ASDs als Erkrankungen der Synapse (Synaptopathien) zu definieren. Die in exzitatorischen Synapsen des ZNS postsynaptisch lokalisierten Shank-Proteine (Shank1-3) interagieren über ihre verschiedenen Domänen mit einer Vielzahl anderer postynaptischer Proteine. Sie werden daher als Hauptgerüstproteine der Postsynapse angesehen.

Wir haben zunächst verschiedene dieser molekularen Interaktionen charakterisiert, und die dabei gefundenen Shank-assoziierten Proteine wie z.B. IRSp53 oder Densin-180 weiter funktionell untersucht. Da die primäre Funktion der Shank-Proteine offensichtlich darin besteht, andere Proteine zu binden, haben wir im weiteren damit begonnen, die Auswirkungen einzelner der bei den Patienten gefundenen missense Mutationen in SHANK3 auf diese Interaktionen zu untersuchen. Dabei gelang es uns, eine neue funktionelle Domäne im N-Terminus von Shank3 zu identifizieren, die eine neue funktionelle Domäne im N-Terminus von Shank3 zu identifizieren, die eine Interaktion mit aktiven, GTP-gebundenen G-Proteinen der Ras-Familie wie H-Ras, K-Ras oder Rap1 vermittelt. Zwei der bei Patienten gefundenen Mutationen in SHANK3 verhindern die Bindiung der G-Proteine. Shank-Proteine können durch die Bindung z.B. an Rap1 die Aktivierung von Integrinen negativ beeinflussen. Z. Zt. untersuchen wir, inwieweit Shank3 auch als Effektor der kleinen G-Proteine bei der Regulation der Synapsenfunktion wirkt.

Förderung durch die Dr. Hans- und Liselotte Ritz-Stiftung (2013-2017), sowie durch den Deutschen Akademischen Austauschdienst, DAAD (2015-2019), sowie die Deutsche Forschungsgemeinschaft (2019-2022).