In vivo und in vitro studies on second messenger homeostasis and synapse formation in dystrophic
Final Report Abstract
Die Säugerskelettmuskulatur weist als synzytiales, hochstrukturiertes, innerviertes und kontraktiles Gewebe eine Reihe von Eigenschaften auf, die Analysen in Zellkulturen enorm erschweren oder unmöglich machen, da dort die entsprechenden Charakteristika nicht oder nur unzureichend reproduzierbar sind. Wir hatten deshalb zuvor einen in vivo- Assay entwickelt, der es erlaubt, eine Vielzahl physiologischer Parameter im lebenden Mausmuskel mithilfe von transienter Transfektion von Fluoreszenzsonden und anschliessender Lebendmikroskopie zu vermessen. Im vorliegenden Projekt haben wir diese Vorgehensweise für das Studium der Schädigungen in dystrophen Muskeln eingesetzt, indem wir gesunde mit dystrophen Muskeln von mdx-Mäusen verglichen. Unsere Untersuchungen sollten die Fragen klären, inwiefern das Signalling der Second-Messenger Ca2+ und cAMP sowie der Transport synaptischer Azetylcholinerezeptoren in dystrophen Muskeln gestört sind. Dies ergab folgende Resultate: Erstens konnten wir unser Assaysystem zur Messung von Ca2+-Strömen so verbessern, dass wir nun diesen Parameter direkt mit der entstandenen Muskelkraft korrelieren können. Hier erfolgten bislang allerdings ausschliesslich Messungen in Wildtyptieren, so dass noch keine Aussagen über Unterschiede zu dystrophen Tieren gemacht werden können. Zweitens konnten wir feststellen, dass die Bildung von cAMP in dystrophen im Vergleich zu gesunden Muskeln stark gestört ist: während in letzteren die Zugabe unterschiedlicher cAMP-Agonisten klar definierte, räumlich getrennte cAMP-Signale erzeugte, war diese räumliche Kompartimentierung in dystrophen Muskeln fast ganz aufgehoben. Dies zeigt, dass in diesen krankhaft veränderten Muskeln das cAMP-Signalling, welches von enormer Bedeutung für den muskulären Zellmetabolismus ist, einen Grossteil seiner Spezifität gegenüber verschiedenen extrazellulären Stimuli eingebüsst hat. Drittens konnten wir in unseren Studien zum Transport der synaptischen Azetylcholinerezeptoren das erste an diesem Transportgeschehen beteiligte Motorprotein, nämlich Myosin Va, identifizieren. Unsere Versuche ergaben, dass Myosin Va sehr wahrscheinlich am Recycling der Rezeptoren zur synaptischen Membran beteiligt ist. Dieser Befund ist von besonderem Interesse, da eine ähnliche Funktion von Myosin Va oder Myosin Vb nun auch für den zentralnervösen AMPA-Rezeptor durch andere Forschergruppen beschrieben wurde.
Publications
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(2008): Role of Myosin Va in the Plasticity of the Vertebrate Neuromuscular Junction In Vivo. PLoS ONE 3: e3871
Roeder IV, Petersen Y, Choi KR, Witzemann V, Hammer III JA, and Rudolf R
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(2009): PKA microdomain organisation and cAMP handling in healthy and dystrophic muscle in vivo. Cellular Signalling 21: 819-826
Roeder IV, Lissandron V, Martin J, Petersen Y, Di Benedetto G, Zaccolo M, and Rudolf R
