Analyse der Brain-derived Neurotrophic Factor Signalgebung in Spinaler Muskelatrophie

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Privatdozentin Dr. Sibylle Jablonka; Professor Dr. Michael A. Sendtner
• Fachliche Zuordnung: Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 320351040

Vorderhornzelldegeneration und Muskeldenervierung sind die vorrangigen klinischen Zeichen einer spinalen Muskelatrophie (SMA) und sehr gut in SMA Mausmodellen dargestellt. Primäre Motoneurone von SMA Typ I Mausmodellen zeigen verändertes axonales Längenwachstum in Kombination mit reduziertem Aktin mRNA und Protein-Level in verkleinerten Wachstumskegeln. Die Differenzierungsdefekte treten zusammen mit reduzierter Erregbarkeit an den Nervenendigungen auf, die wiederum durch eine verminderte Akkumulation von N-Typ spezifischen spannungsabhängigen Kalziumkanälen (Cav2.2) verursacht wird. Diese Daten führen zur Frage, ob die Lokalisation von z. B. Wachstumsfaktor-Rezeptoren und deren korrespondierenden Signalwegen, die wichtig sind für die Differenzierung und Reifung von Motoneuronen, in Smn-defizienten Motoneuronen beeinträchtigt ist.In einem ersten Versuchsansatz konnten wir eindeutig zeigen, dass der Level des Brain-derived Neurotrophic Factor (BDNF) Rezeptors genannt Tropomyosin-receptor-kinase B (TrkB) im Wachstumskegel von Smn-defizienten Motoneuronen reduziert ist. In Anlehnung an diese Beobachtungen möchten wir im Detail untersuchen, ob sich die BDNF/TrkB Signalgebung mit dem betroffenen Aktin-Zytoskelett, der betroffenen Erregbarkeit und Neurotransmission in Smn-defizienten Motoneuronen deckt. Das Projekt soll in drei Teile gegliedert werden. Im ersten Teil wollen wir uns auf den Zeitverlauf der TrkB Translokation in Kontroll- und Smn-defizienten Wachstumskegeln konzentrieren, um die Aktindynamik, die mit der TrkB Verschiebung zur Zelloberfläche im präsynaptischen Kompartiment interferiert, zu verstehen. Da wir von unseren vorläufigen Studien wissen, dass der Phospho-TrkB-Anteil in Smn-defizienten Wachstumskegeln reduziert ist, versuchen wir im zweiten Teil unseres Projekts herauszufinden, welche nachgeschalteten TrkB Signalwege (MAK kinase oder Akt/mTOR Signalweg) eine korrekte Differenzierung und Reifung von Präsynapsen in Kontrollmotoneuronen unterstützen, und welche in Smn-defizienten Motoneuronen gestört sind. Generell bleibt die Frage offen, ob diese Signalwege direkt zu einer erhöhten Freisetzungswahrscheinlichkeit synaptischer Vesikel führen, oder ob neu synthetisierte Proteine bzw. schnelle Änderungen im Aktinzytoskelett dafür notwendig sind. Zu guter Letzt wird die detaillierte Analyse betroffener BDNF/TrkB Signalwege durch Experimente vervollständigt, die auf die intrazelluläre Kompensation von Aktin-Transkript und Protein-Levels zielen. Damit möchten wir zeigen, ob gestörte BDNF/TrkB Signalgebung, Erregbarkeitsstörungen und Differenzierungsdefekte in Smn-defizienten Motoneuronen durch eine korrekte Ausbildung des Aktinzytoskeletts kompensiert werden können. Unsere erwarteten Ergebnisse sind daher wichtig für ein besseres Verständnis der SMA Pathophysiologie, bei der gestörte präsynaptische Erregbarkeit, Aktindynamik und Neurotransmission der Grund für frühe Ereignisse im Krankheitsverlauf sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen