Untersuchung der Wirkung von Botulinum Neurotoxin Typ A auf zentrale neuronale Schaltkreise und deren Beitrag an der neuromuskulären Lähmung

• Antragstellerin: Dr. Sandy Richter
• Fachliche Zuordnung: Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 460563594

Der hier vorliegende Antrag ist für ein zweijähriges Walter Benjamin-Stipendium konzipiert, in dem ich die Wirkung von Botulinum Neurotoxin Typ A (BoNT/A) auf zentrale neuronale Schaltkreise untersuchen möchte. BoNT/A gilt als wirksames Arzneimittel, das zur Behandlung verschiedener neurologischer Krankheiten eingesetzt wird. Es handelt sich dabei um ein neurotoxisches Protein, das die Freisetzung des Neurotransmitters an der neuromuskulären Endplatte (NMJ) hemmt. Dies erfolgt durch die spezifische Spaltung des Proteins SNAP-25; ein neuronales SNARE Protein, das essentiell für die Exozytose synaptischer Vesikel ist. Darüber hinaus wird ein Teil des Toxins durch retrograden axonalen Transport vom peripheren Ende des Axons zum Zellkörper der Motoneurone befördert und wirkt nach transsynaptischer Übertragung in zentralen Synapsen. Dies wird durch klinische Berichte gestützt, in denen die therapeutische Wirksamkeit des Toxins die Muskellähmung an der Injektionsstelle zeitlich überdauert. Der zugrunde liegende Wirkmechanismus ist bisher unbekannt. Die zentrale Hypothese meines Projektes ist daher, dass retrograd transportiertes BoNT/A die synaptische Aktivität zwischen oberen und unteren Motoneuronen im Rückenmark (und Hirnstamm) verringert, und dadurch synergistisch zu der gut verstandenen peripheren Muskellähmung des Toxins beiträgt. Mein Projekt lässt sich in drei Abschnitte untergliedern. Zuerst möchte ich die Dauer der BoNT/A-Aktivität in zentralen und peripheren Synapsen bestimmen. Ich werde dafür verschiedene Dosen von BoNT/A in das Hinterbein von Mäusen injizieren und anschließend das Vorkommen von gespaltenem SNAP-25 im Rückenmark und an der NMJ durch Western Blot, Immunfärbung und Konfokalmikroskopie ermitteln. Als Nächstes werde ich mittels Optogenetik und Elektrophysiologie untersuchen, inwiefern die zentrale Aktivität von BoNT/A die motorischen Bahnen zwischen kortikalem Motoneuron, α-Motoneuron und Muskel moduliert. Die Idee ist, dass retrograd transportiertes BoNT/A auf Höhe des Vorderhorns im Rückenmark in zentrale Synapsen transzytosiert. Ich werde daher den Motorcortex stimulieren und elektrophysiologisch bestimmen, ob die zentrale Aktivität von BoNT/A (cholinerge) Afferenzen auf α-Motoneurone beeinflusst, was deren Reizbarkeit mindert und damit auch die periphere Muskelkontraktion. Abschließend beabsichtige ich den Anteil an retrograd transportiertem BoNT/A zu erhöhen. Ich plane, in vivo und in vitro, mittels BoNT/B die Fusion synaptischer Vesikel mit der präsynaptischen Membran zu blockieren, wodurch der retrograde Transport von später injiziertem BoNT/A begünstigt werden sollte. Im Wesentlichen möchte ich in meinem Projekt untersuchen, inwiefern die zentrale Aktivität von BoNT/A zu der peripheren Muskelrelaxation des Toxins beiträgt. Die Resultate werden zeigen, ob die derzeitige therapeutische Anwendung von BoNT/A verbessert werden kann, indem zukünftig auch zentrale Synapsen gezielt durch das Neurotoxin adressiert werden.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Italien
• Gastgeber: Dr. Marco Pirazzini, Ph.D.