Die Funktion von MKK4 und MKK7 als Regulatoren von MAPK-Signalwegen bei regenerativen und degenerativen Prozessen in neuronalen Zellen
Final Report Abstract
Ausgangspunkt des vorliegenden Projekts war, dass die Stresskinasen JNK in Neuronen außer Apoptose auch wichtige physiologischer Funktionen regulieren, gerade bei der Regeneration von peripheren Nerven. Daher war es das Ziel, relevante Signalmoleküle der JNK-Kaskade für Zelltod und Regeneration zu bestimmen und damit mögliche Ansatzpunkte zu finden, um das Überleben von verletzten Neuronen zu verbessern. Da Stabilisierung und Retraktion von Neuriten unmittelbar mit der Regeneration verknüpft sind, wurden diese Teilbereiche ebenfalls untersucht. Insgesamt überraschend war die geringe Bedeutung von MKK4 und MKK7 für die Umbauprozesse in den Neuriten. Für eine ausreichende Stabilität von Neuriten waren die basalen Aktivitäten von ERK1/2, JNK und Akt notwendig. Inhibitoren dieser Signalwege führten durch Induktion von Zelltod bzw. Destabilisierung des Zytoskeletts zur Abnahme von Neuriten-tragenden Zellen. Dabei gab es folgende Interaktionen: Die Hemmung von JNK erhöhte über die verminderte Expression der Phosphatasen MKP1 und DUSP2 die Phosphorylierung von ERK1/2. Ein MEK1-Inhibitor wiederum erhöhte die Akt- Phosphorylierung, was gleichzeitig über eine Hemmung des JNK-Aktivators MKK4 zu einer Reduktion der JNK-Aktivität führte. Zur Untersuchung von Retraktion und Regeneration von Neuriten wurden vier Modelle verwendet, in denen der Umbau von Neuriten unterschiedlich stark an Zelltod gekoppelt war. Die parallele Untersuchung der Retraktion durch Serumgabe bzw. NGF-Entzug sollte helfen, verschiedene JNK-abhängige Regulationen zu identifizieren. Zelltod wurde bei Serumgabe durch die erhöhte Phosphorylierung von ERK1/2 und Akt verhindert. Allerdings verstärkte ausgerechnet die Hemmung von JNK bei NGF-Entzug den Zelltod und reduzierte in beiden Fällen die Neuritenzahl besonders stark, was für eine wichtige physiologische Funktion spricht. Die verminderte Proteinmenge des JNK- Substrats SCG10 war dabei ein Indikator für Apoptose. Die Untersuchungen zu Interaktionen der JNK mit Aktivatoren und Substraten sowie die mikroskopischen Analysen zur Lokalisation sind noch nicht abgeschlossen. Auch für die Regeneration wurden Serumgabe und NGF-Entzug parallel bearbeitet. Während es in beiden Fällen zu einer Neubildung von Neuriten in ähnlichem Umfang kam, führte die Hemmung von Akt, ERK1/2 und JNK zum Zelltod und einem stark eingeschränkten regenerativen Wachstum. Die Phosphorylierung von JNK war insgesamt schwach, die Aktivität von ERK1/2 korrelierte dagegen gut mit der Neubildung von Neuriten. Erste Ergebnisse deuten an, dass die Aktivierung über MEKK1 dafür entscheidend ist. Da MEKK1 auch in die Neuritogenese nach mechanischer Neuritenentfernung involviert war, wurde dieses Modell zusätzlich untersucht. Dabei wurde CDK5 als weiterer Regulator von ERK1/2 und JNK identifiziert. Über ERK1/2 wurde CDK5 aktiviert. Selbst sorgte die Kinase im Folgenden für eine Deaktivierung von ERK1/2 und eine Aktivierung von JNK. Insgesamt konnten wichtige Aspekte der Signaltransduktion von Stabilisierung, Retraktion und Regeneration von Neuriten innerhalb des Projektes geklärt werden, auch wenn noch weitere Untersuchungen notwendig sind, um die einzelnen Projekte abschließen zu können.
Publications
- Crosstalk control and limits of physiological c-Jun N-terminal kinase activity for cell viability and neurite stability in differentiated PC12 cells. Molecular and Cellular Neuroscience, Volume 82, July 2017, Pages 12-22
Belzer M, Haeusgen W, Boehm R, Herdegen T, Cascorbi I, Waetzig V
(See online at https://doi.org/10.1016/j.mcn.2017.04.004)
