Untersuchung der Bildung und Instandhaltung des Membran-assoziierten periodischen Zytoskelett in Neuronen eines lebenden Organismus
Zellbiologie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die langen, dünnen Axone des Neurons sind auf ein spezialisiertes Zytoskelett angewiesen, um lebenslang zu funktionieren. Eine zentrale Komponente dieses axonalen Zytoskeletts bildet das Membran-assoziierte periodische Skelett (MPS), welches eine kontinuierliche Gerüststruktur durch das gesamte Axon hinweg formt, die aus sich wiederholenden Einheiten von Aktinfilamentringen besteht, welche von Spektrin Tetrameren verknüpft werden. Mutationen in Spektrinen führen zu Axonbrüchen und einer frühen Neurodegeneration in Nematoden bis zu Menschen. Obgleich die Ultrastruktur und Funktionen des MPS entschlüsselt wurde, ist bisher kaum bekannt, wie sich die MPS-Struktur bildet und welchen zellulären Konsequenzen einer Fehlbildung des MPS unterliegen. Ein besseres Verständnis der Bildung des MPS ist von entscheidender Bedeutung, um zu verstehen, wie Neurone lebenslang funktional bleiben können. Da das MPS allgegenwärtig im Axon vorliegt, kann dessen Bildung nicht mit konventionellen Fluoreszenzmarkierungsverfahren untersucht werden. Ziel des Projektes war es, durch Etablierung eines zeitlich kontrollierten Fluoreszenzmarkierungsverfahrens, die Bildung der MPS-Struktur zu untersuchen sowie zu ermitteln, zu welchen zellulären Konsequenzen die Fehlbildung des MPS führt. Die meisten Komponenten des MPS sind von Nematoden bis zum Menschen konserviert, sodass wir die genetischen Manipulationsmöglichkeiten in C.elegans verwenden haben, um die zugrunde liegenden Mechanismen seiner Bildung zu entschlüsseln. Im Rahmen dieses Projektes haben wir unser Messverfahren verwendet, um i) erstmalig den Transport von Spektrin in Axonen zu beschreiben sowie erste Komponenten der Transportmaschinerie zu charakterisieren, sowie ii) den Einbau und iii) Ausbau der Spektrine im auswachsenden MPS verfolgt. Zuletzt haben wir nach der Rolle des MPS für die Organisation anderer zytoskeletaler Komponenten gefragt, indem wir untersucht haben, welche Auswirkungen eine Fehlbildung des MPS auf andere zytoskeletale Proteine besitzt. Unsere Ergebnisse weisen erste Erkenntnisse zum Transport, Einbau und Ausbau von Spektrinen in das MPS auf und identifizieren erste Komponenten der molekularen Maschinerie, welche die Bildung der MPS-Struktur ermöglichen. Außerdem haben wir einen RhoA/Rho-1 abhängige Signalkaskade entdeckt, durch welche die MPS-Struktur, die Organisation des Mikrotubuliskeletts reguliert. Fehlbildungen des MPS führen zu einer Akkumulation von Mikrotubuli, der Entstehung von Lücken im kontinuierlichen axonalen Mikrotubuliskelett sowie einer frühen Neurodegeneration.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Scaled-expansion of the membrane associated cytoskeleton requires conserved kinesin adaptors.
Glomb, Oliver; Swaim, Grace; LLancao, Pablo Munoz; Lovejoy, Christopher; Sutradhar, Sabyasachi; Park, Junhyun; Wu, Youjun; Hammarlund, Marc; Howard, Jonathon; Ferguson, Shawn M. & Yogev, Shaul
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A kinesin-1 adaptor complex controls bimodal slow axonal transport of spectrin in Caenorhabditis elegans. Developmental Cell, 58(19), 1847-1863.e12.
Glomb, Oliver; Swaim, Grace; Munoz, LLancao Pablo; Lovejoy, Christopher; Sutradhar, Sabyasachi; Park, Junhyun; Wu, Youjun; Cason, Sydney E.; Holzbaur, Erika L.F.; Hammarlund, Marc; Howard, Jonathon; Ferguson, Shawn M.; Gramlich, Michael W. & Yogev, Shaul
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Optimizing Visualization of Axonal Transport of Endogenous Cargo by Fluorescence Microscopy in Living Caenorhabditis elegans. Journal of Visualized Experiments(204).
Glomb, Oliver; Lyu, Mengya & Yogev, Shaul
