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Untersuchung neuroinflammatorischer, axonaler Läsionen in Nanoskala-Auflösung

Fachliche Zuordnung Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie
Förderung Förderung von 2016 bis 2025
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317530061
 
Erstellungsjahr 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Integrität von Axonen, den langen Fortsätzen von Nervenzellen, ist für das Nervensystem essenziell. Axone übertragen elektrische Signale und transportieren Stoffe zwischen Nervenzellkörpern und Synapsen. Aufgrund ihrer langen Reichweite sind sie besonders verletzungsanfällig. Bei neuroinflammatorischen Erkrankungen wie Multipler Sklerose sind Axone besonders gefährdet und werden durch eindringende Immunzellen geschädigt. Meine bisherige Forschung identifizierte eine neuartige Form des neuroinflammatorischen Axonverlusts – die fokale axonale Degeneration (FAD). FAD ist ein sequenzieller Prozess, der durch neuroinflammatorischen oxidativen Stress ausgelöst wird. Er ist gekennzeichnet durch fokale axonale Schwellungen, die persistieren, zur Degeneration fortschreiten oder sich sogar spontan erholen können. Trotz dieser Erkenntnisse bleiben viele Fragen offen, etwa, was die Erholung der Axone beeinflusst, welche Ereignisse an den frühesten Verletzungsstellen stattfinden und welche Mediatoren die Veränderungen in der axonalen Form bewirken. In diesem Projekt habe ich mit meiner Nachwuchsgruppe einen interdisziplinären Ansatz gewählt, um die axonale Biologie zu erforschen, indem wir Techniken aus der zellulären, molekularen und chemischen Biologie mit fortgeschrittenen Mikroskopietechniken kombiniert haben. Neben herkömmlichen Methoden setzten wir Superauflösende Mikroskopie ein, um molekulare Einblicke in die neuronale Organisation zu erhalten. Da Superauflösende Mikroskopie jedoch neue Markierungstechniken erfordert, konzentrierte sich ein wesentlicher Teil des Projekts auf die Entwicklung minimal-invasiver fluoreszierender Markierungen für neuronale Studien. Unser Ansatz basiert auf modernen Proteinengineering-Methoden, insbesondere der selektiven Einsetzung von künstlichen Aminosäuren (unnatural amino acids - UAAs) und bioorthogonaler Click-Chemie. Die Integration von UAAs durch die Genetic Code-Engineering Technik ermöglicht es, neue Eigenschaften und funktionelle Gruppen, wie z.B. fluoreszierende Farbstoffe und Pulldown-Tags für die Proteomik, in biologische Systeme einzuführen. Diese aufkommende Technologie wurde bislang hauptsächlich in konventionellen Zelllinien und als Proof-of-Principle eingesetzt. Um ihr Potenzial für grundlegende und angewandte Forschung voll auszuschöpfen, mussten wir die genetische Code-Engineering-basierte Click-Markierung von Proteinen in komplexen biologischen Systemen, wie z.B. Neuronen, etablieren. Wir nahmen diese Herausforderung an und etablierten erstmals diese Proteinmarkierung für fortgeschrittene Mikroskopiestudien in primären Neuronen. Neben der Bildgebung von Zytoskelettproteinen und Ionenkanälen in gesunden und verletzten Neuronen, konzentrierten wir uns auf die Anwendung dieser Technologie zur Untersuchung der Proteomdynamik bei Verletzungen. Durch die Anpassung der UAA-Einbautechnologie für zellspezifisches Targeting konnten wir verschiedene Zelltypen und Proteom-Subsets untersuchen. Letztendlich ermöglicht dieser Ansatz die Identifizierung zeit- und zellspezifischer Veränderungen in Proteomen und könnte zur Entdeckung neuer Mediatoren und Signalwege führen, die an axonalen Verletzungen beteiligt sind.

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