DD
Daniela Dieterich
Author with expertise in Molecular Mechanisms of Synaptic Plasticity and Neurological Disorders
Achievements
Cited Author
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
10
(80% Open Access)
Cited by:
2,655
h-index:
31
/
i10-index:
51
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

Selective identification of newly synthesized proteins in mammalian cells using bioorthogonal noncanonical amino acid tagging (BONCAT)

Daniela Dieterich et al.Jun 13, 2006
In both normal and pathological states, cells respond rapidly to environmental cues by synthesizing new proteins. The selective identification of a newly synthesized proteome has been hindered by the basic fact that all proteins, new and old, share the same pool of amino acids and thus are chemically indistinguishable. We describe here a technology, based on the cotranslational introduction of azide groups into proteins and the chemoselective tagging of azide-labeled proteins with an alkyne affinity tag, to separate and identify, specifically, the newly synthesized proteins in mammalian cells. Incorporation of the azide-bearing amino acid azidohomoalanine is unbiased, not toxic, and does not increase protein degradation. As a first demonstration of the method, we report the selective purification and identification of 195 metabolically labeled proteins with multidimensional liquid chromatography in-line with tandem MS. Furthermore, in combination with leucine-based mass tagging, candidates were immediately validated as newly synthesized proteins. The identified proteins, synthesized in a 2-h window, possess a broad range of biochemical properties and span most functional gene ontology categories. This technology makes it possible to address the temporal and spatial characteristics of newly synthesized proteomes in any cell type.
0

In situ visualization and dynamics of newly synthesized proteins in rat hippocampal neurons

Daniela Dieterich et al.Jun 13, 2010
Dieterich et al. describe a methodology to label all newly synthesized neuronal proteins in situ. This method, which they name FUNCAT, relies on the inclusion of noncanonical amino acids and selective fluorescent labeling via click chemistry. The authors show that this system is amenable to dual pulse-chase experiments and dynamic tracking of newly synthesized proteins. Protein translation has been implicated in different forms of synaptic plasticity, but direct in situ visualization of new proteins is limited to one or two proteins at a time. Here we describe a metabolic labeling approach based on incorporation of noncanonical amino acids into proteins followed by chemoselective fluorescence tagging by means of 'click chemistry'. After a brief incubation with azidohomoalanine or homopropargylglycine, a robust fluorescent signal was detected in somata and dendrites. Pulse-chase application of azidohomoalanine and homopropargylglycine allowed visualization of proteins synthesized in two sequential time periods. This technique can be used to detect changes in protein synthesis and to evaluate the fate of proteins synthesized in different cellular compartments. Moreover, using strain-promoted cycloaddition, we explored the dynamics of newly synthesized membrane proteins using single-particle tracking and quantum dots. The newly synthesized proteins showed a broad range of diffusive behaviors, as would be expected for a pool of labeled proteins that is heterogeneous.
0

Metabolic Turnover of Synaptic Proteins: Kinetics, Interdependencies and Implications for Synaptic Maintenance

Laurie Cohen et al.May 2, 2013
Chemical synapses contain multitudes of proteins, which in common with all proteins, have finite lifetimes and therefore need to be continuously replaced. Given the huge numbers of synaptic connections typical neurons form, the demand to maintain the protein contents of these connections might be expected to place considerable metabolic demands on each neuron. Moreover, synaptic proteostasis might differ according to distance from global protein synthesis sites, the availability of distributed protein synthesis facilities, trafficking rates and synaptic protein dynamics. To date, the turnover kinetics of synaptic proteins have not been studied or analyzed systematically, and thus metabolic demands or the aforementioned relationships remain largely unknown. In the current study we used dynamic Stable Isotope Labeling with Amino acids in Cell culture (SILAC), mass spectrometry (MS), Fluorescent Non–Canonical Amino acid Tagging (FUNCAT), quantitative immunohistochemistry and bioinformatics to systematically measure the metabolic half-lives of hundreds of synaptic proteins, examine how these depend on their pre/postsynaptic affiliation or their association with particular molecular complexes, and assess the metabolic load of synaptic proteostasis. We found that nearly all synaptic proteins identified here exhibited half-lifetimes in the range of 2–5 days. Unexpectedly, metabolic turnover rates were not significantly different for presynaptic and postsynaptic proteins, or for proteins for which mRNAs are consistently found in dendrites. Some functionally or structurally related proteins exhibited very similar turnover rates, indicating that their biogenesis and degradation might be coupled, a possibility further supported by bioinformatics-based analyses. The relatively low turnover rates measured here (∼0.7% of synaptic protein content per hour) are in good agreement with imaging-based studies of synaptic protein trafficking, yet indicate that the metabolic load synaptic protein turnover places on individual neurons is very substantial.
2

Monitoring regional astrocyte diversity by cell-type specific proteomic labelingin vivo

Priyadharshini Prabhakar et al.Jun 9, 2022
Abstract Astrocytes exhibit regional heterogeneity in morphology, function and molecular composition to support and modulate neuronal function and signaling in a region-specific manner. To characterize regional heterogeneity of astrocytic proteomes of different brain regions we established an Aldh1l1- MetRS L274G mouse line that allows cell-type specific labeling of newly synthesized proteins in vivo and analyzed astrocytic proteins from four different brain regions by mass spectrometry. Identified proteins are specific for astrocytes and show a high overlap with proteins compiled in ‘AstroProt’, a newly established database for astrocytic proteins. Gene enrichment analysis reveals high overlap among brain regions, and only subtle changes in abundances of key astrocytic proteins for hippocampus, cortex and striatum. However, the cerebellar proteome stands out with proteins being associated with calcium signaling or bipolar disorder. Subregional differences of translation dynamics in single hippocampal astrocytes indicates distinct subregional heterogeneity and highlights the applicability of our toolbox to study dynamic astrocytic proteomes in vivo .
2
Citation1
0
Save
1

Influenza A virus (H1N1) infection induces microglia activation and temporal dysbalance in glutamatergic synaptic transmission

Henning Düsedau et al.Aug 31, 2021
3. Abstract Influenza A virus (IAV) causes respiratory tract disease and is responsible for seasonal and reoccurring epidemics affecting all age groups. Next to typical disease symptoms such as fever and fatigue, IAV infection has been associated with behavioral alterations presumably contributing to the development of major depression. Previous experiments using IAV/H1N1 infection models have shown impaired hippocampal neuronal morphology and cognitive abilities, but the underlying pathways have not been fully described. In this study, we demonstrate that infection with a low dose non-neurotrophic H1N1 strain of IAV causes ample peripheral immune response followed by a temporary blood-brain-barrier disturbance. Although histological examination did not reveal obvious pathological processes in the brains of IAV-infected mice, detailed multidimensional flow cytometric characterization of immune cells uncovered subtle alterations in the activation status of microglia cells. More specifically, we detected an altered expression pattern of major histocompatibility complex class I and II, CD80, and F4/80 accompanied by elevated mRNA levels of CD36, CD68, C1QA, and C3, suggesting evolved synaptic pruning. To closer evaluate how these profound changes affect synaptic balance, we established a highly sensitive multiplex flow cytometry-based approach called Flow Synaptometry. The introduction of this novel technique enabled us to simultaneously quantify the abundance of pre- and postsynapses from distinct brain regions. Our data reveal a significant reduction of VGLUT1 in excitatory presynaptic terminals in the Cortex and Hippocampus, identifying a subtle dysbalance in glutamatergic synapse transmission upon H1N1 infection in mice. In conclusion, our results highlight the consequences of systemic IAV-triggered inflammation on the central nervous system and the induction and progression of neuronal alterations.
1
Citation1
0
Save
0

Probing cognitive flexibility in Shank2-deficient mice: Effects of D-cycloserine and NMDAR signaling hub dynamics

Samia Afzal et al.Jun 5, 2024
Neurodevelopmental disorders such as autism spectrum disorder (ASD) have a heterogeneous etiology but are largely associated with genetic factors. Robust evidence from recent human genetic studies has linked mutations in the Shank2 gene to idiopathic ASD. Modeling these Shank2 mutations in animal models recapitulates behavioral changes, e.g. impaired social interaction and repetitive behavior of ASD patients. Shank2-deficient mice exhibit NMDA receptor (NMDAR) hypofunction and associated behavioral deficits. Of note, NMDARs are strongly implicated in cognitive flexibility. Their hypofunction, e.g. observed in schizophrenia, or their pharmacological inhibition leads to impaired cognitive flexibility. However, the association between Shank2 mutations and cognitive flexibility is poorly understood. Using Shank2-deficient mice, we explored the role of Shank2 in cognitive flexibility measured by the attentional set shifting task (ASST) and whether ASST performance in Shank2-deficient mice can be modulated by treatment with the partial NMDAR agonist D-cycloserine (DCS). Furthermore, we investigated the effects of Shank2 deficiency, ASST training, and DCS treatment on the expression level of NMDAR signaling hub components in the orbitofrontal cortex (OFC), including NMDAR subunits (GluN2A, GluN2B, GluN2C), phosphoglycerate dehydrogenase and serine racemase. Surprisingly, Shank2 deficiency did not affect ASST performance or alter the expression of the investigated NMDAR signaling hub components. Importantly, however, DCS significantly improved ASST performance, demonstrating that positive NMDAR modulation facilitates cognitive flexibility. Furthermore, DCS increased the expression of GluN2A in the OFC, but not that of other NMDAR signaling hub components. Our findings highlight the potential of DCS as a pharmacological intervention to improve cognitive flexibility impairments downstream of NMDAR modulation and substantiate the key role of NMDAR in cognitive flexibility.
0

Neuronal aging is associated with declined autophagy caused by reduced functionality of cGAS-STING signaling

Sergio Passarella et al.Jan 1, 2023
The lifelong maintenance of cognitive abilities in an increasingly aging human society is one of the major challenges of future research and medical services. For this, a better understanding of the cellular aging processes in the mammalian brain is a fundamental requirement. In particular, the functioning of postmitotic neurons, which require special strategies for lifelong functionality, is still elusive in many details. Among many other hallmarks of neuronal aging, the impairment of autophagy as an essential element of cellular homeostasis is of particular importance. However, the mechanisms for regulating these processes have not yet been fully elucidated. Establishing an in vitro model from primary cortical cells of the mouse brain, which shows the characteristic features of cellular senescence that are also observed in the total brain, we found the accumulation of dsDNA in the cytosol of neurons. Since dsDNA is a trigger for the activation of the cGAS-STING signaling and its primordial function is a non-canonical activation of autophagy, we analyzed its impact on aging neurons. We were able to demonstrate that the age-dependent downregulation of cGAS-STING signaling in neurons leads to an inhibition of autophagy at different levels. In contrast, activation of STING led to a complete rescue of autophagy in old neurons. Additionally, we found no evidence for age dependent cGAS-STING mediated IFN-I production. Hence, we propose that the primary function of cGAS-STING signaling in neurons is to maintain autophagy rather than contribute to age-related inflammation, and thus represents a target for therapeutic intervention.