Untersuchung der Bildung und Instandhaltung des Membran-assoziierten periodischen Zytoskelett in Neuronen eines lebenden Organismus

• Antragsteller: Dr. Oliver Vinzenz Glomb
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465611822

Eines der grundlegendsten Fragen der neuronalen Zellbiologie ist es zu verstehen, wie sich Axone strukturieren, stabilisieren und diese Organisation beibehalten. Kürzlich wurde eine axonale Gitterstruktur entdeckt, welche aus periodisch sich wiederholenden Aktinringen besteht, die durch Spektrin- Tetramere quervernetzt sind. Diese Struktur organisiert Proteine in der axonalen Membran und trägt maßgebend zur mechanischen Stabilität des Axons bei. Folglich führen Mutationen, welche die Funktion der Spektrin-Moleküle beeinflussen, zu Brüchen der Axone, sowie einem Verlust der Nervenzellen im Gehirn von betroffenen Patienten. Obwohl die essentiellen Komponenten dieses Membran assoziierten periodischen Zytoskelettes (MPS) bestimmt wurden, ist weder bekannt, wie sich die Struktur zunächst bildet, noch wie sie während des axonalen Auswachsens expandiert oder fortwährend in Stand gehalten wird, um die neuronale Funktion ein Leben lang zu gewährleisten.In diesem Projekt werde ich die molekularen Mechanismen erkunden, die der Bildung, Expansion und Instandhaltung dieser Struktur in einem lebenden Organismus zu Grunde liegen. Hierfür werde ich den Fadenwurm C. elegans verwenden, der durch seine einfache genetische Manipulation ein weit verbreiteter Modellorganismus der neurologischen Grundlagenforschung ist. Die Organisation des MPS in Neuronen eines lebenden Organismus zu verfolgen ermöglicht es mir, den Einfluss sämtlicher neuronaler Wachstumsphasen, vom Auswachsen des Axons bis zum Alterungsprozess in ausgewachsenen Neuronen, auf die Struktur zu verstehen. Dadurch kann vor allem erstmalig die Expansion des MPS während des axonalen Längenwachstums, welches für einen Großteil der ausgewachsenen Axonlänge verantworlich ist, beschrieben werden. Hierfür werde ich einen Satz zeitlich regulierbarer Sonden entwickeln, die es mir ermöglichen den Ort, sowie die Wachstumsrate zu bestimmen, mit der neu gebildete Spektrin-Moleküle zu der bereits bestehenden Gitterstruktur hinzugefügt werden und somit zur weiteren Organisation der Struktur beitragen. Mit Hilfe dieser Sonden und gut charakterisierten Mutanten, die i) die Wachstumsgeschwindigkeit des Neurons, ii) die Bildung und Position von Synapsen oder iii) die Interaktionen des Neurons mit seinen umliegenden Zellen verändern, werde ich den Einfluss dieser Prozesse auf die Organisation des MPS untersuchen.Zusätzlich werde ich mit Hilfe eines vorwärts-gerichteten genetischen Screens erste Regulatoren identifizieren, die zur Bildung, Expansion oder Instandhaltung des MPS beitragen. Anhand meiner Sonden sowie mittels hochauflösender Fluoreszenzmikroskopie, werde ich deren Funktion auf die Organisation des MPS beschreiben. Mein Forschungsvorhaben wird erste Einblicke in die molekularen Bildungsmechanismen dieser erst kürzlich entdeckten zytoskeletalen Struktur liefern und somit zu einem tieferen Verständnis der axonalen Organisation und Stabilität beitragen.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Shaul Yogev, Ph.D.