RNA-Metabolismus in Nervenzellen

Nervenzellen sind hoch spezialisierte Zellen mit verschiedenen subzellulären Regionen für unterschiedliche Funktionen. Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit Mechanismen der Verteilung von RNA in der Zelle und in Nervenzellfortsätzen motorischer Nervenzellen, welche die Muskeln des Körpers anregen.

Dendriten, also Zellfortsätze von Nervenzellen, die direkt aus dem Zellkörper hervorgehen, erhalten über die in diesen Fortsätzen lokalisierten Rezeptoren einen Signalinput von anderen Nervenzellen. An den Enden von Axonen werden Neurotransmitter freigesetzt, die beispielsweise bei motorischen Nervenzellen Muskelfasern aktivieren.

Diese Nervenzellen, also Motoneurone, sind hochpolar aufgebaut. Während Dendriten innerhalb des Rückenmarks synaptischen Input von anderen Nervenzellen erhalten, verlaufen Axone in peripheren Nerven bis zur Muskulatur. Ihre Länge kann das über Zehntausendfache des Durchmessers eines Zellkörpers erreichen. Diese axonalen Fortsätze sind weit verzweigt. In all diesen Bereichen können lokal an Ribosomen Proteine neu synthetisiert werden, die ihrerseits für die spezifischen Funktionen in diesen Regionen relevant sind. Das bedeutet, dass sich durch die Verzweigung dieser Fortsätze und die Ribosomen, die aus Ribonucleinsäure und Proteinen bestehen, neue Eiweißmoleküle bilden können. Sie übernehmen dann an bestimmten Stellen die für die Region entscheidende Funktion.

Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit Mechanismen der subzellulären Verteilung von RNA und der Kontrolle der RNA-Translation, der Proteinsynthese in axonalen Verzweigungspunkten und den Axonterminalen von Motoneuronen. RNA-Bindungsproteine wie TDP-43 und FUS spielen bei der Bindung und Prozessierung von RNA und Proteinkomplexen im Zellkern sowie dem Zellkörper von Motoneuronen eine wichtige Rolle. In unseren Forschungsprojekten haben wir in Motoneuronen die Auswirkungen von Mutationen in den Genen für SMN, TDP-43 und FUS beobachtet, insbesondere die Verteilungsstörungen von mRNA-Molekülen. Dazu zählen die RNAs für verschiedene Aktin-Isoformen. Auch Veränderungen in der Translationskontrolle für die Proteinsynthese dieser Proteine in Axonterminalen und deren Verzweigungspunkten wurden beobachtet. Diese Veränderungen führen dazu, dass Nervenimpulse nicht auf den Muskel übertragen werden können. Zu den wichtigen Zielen unserer Forschung zählt es, diese beeinträchtigte Funktion in axonalen Nervenzellfortsätzen zu verbessern oder wieder herzustellen.