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Wie die Proteinsynthese in axonalen Fortsätzen von motorischen Nervenzellen reguliert wird

Motoneuronen, also die Nervenzellen, die unsere Muskeln steuern, brauchen eine sehr genaue Kontrolle darüber, wann und wo in der Zelle neue Proteine hergestellt werden, um das Wachstum von Axonen (lange Fortsätze der Nervenzellen) und die Herstellung sowie Aufrechterhaltung neuromuskulärer Verbindungen zu ermöglichen.

Wenn diese Proteinsynthese gestört ist, kann es zu Motoneuronerkrankungen kommen. Prof. Dr. Michael Sendtner, Direktor des Instituts für Klinische Neurobiologie, hat mit seinem Team die Mechanismen, welche die Proteinsynthese in Axonen regulieren, untersucht. 

In der in der Fachzeitschrift Nature Communications publizierten Arbeit „hnRNP R promotes O-GlcNAcylation of eIF4G and facilitates axonal protein synthesis“ konnte gezeigt werden, dass die Proteinsynthese durch das hnRNP-R-Protein geregelt ist. Das Proetin ist Teil des Translationsinitiationskomplexes und interagiert dort mit einem Enzym, das einen Glycosidrest auf den Initiationsfaktor eIF4G überträgt. Dieser Übertragungsmechanismus ist bei Erkrankungen wie der spinalen Muskelatrophie gestört. 

 

Abdolhossein Zare, Saeede Salehi, Jakob Bader, Cornelius Schneider, Utz Fischer, Alexander Veh, Panagiota Arampatzi, Matthias Mann, Michael Briese, Michael Sendtner. hnRNP R promotes O-GlcNAcylation of eIF4G and facilitates axonal protein synthesis. Nature Communications. 2024 Aug 28;15(1):7430. doi: 10.1038/s41467-024-51678-y.

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Wie entsteht „Freezing“?

In einem in der renommierten Fachzeitschrift „Nature Reviews Neuroscience“ erschienenen Kurzartikel beschreibt Prof. Philip Tovote „The Origins of Freezing“.

Die „Freezing“-Reaktion ist ein evolutionär konservierter, in Tieren und Menschen kurzzeitig auftretender Zustand, der durch Bedrohungen ausgelöst wird. Freezing hat als Maß für Furcht, aber auch für assoziatives Furchtlernen eine enorme Bedeutung in den Verhalts- und Neurowissenschaften, jedoch führt die unpräzise Verwendung des Begriffs für viele verschiedene Verhaltenszustände oftmals zu Ungenauigkeiten und Missverständnissen in der Forschung. Durch die Erinnerung an die erstmalige Beschreibung von Freezing trägt der Artikel zu einem differenzierten Konzept dieser wichtigen Messgröße bei. 

 

Philip Tovote. The origins of freezing. Nat Rev Neurosci. 2024 Sep 10. doi: 10.1038/s41583-024-00857-3. Epub ahead of print. PMID: 39256592.

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3D Zellkulturmodell zur Untersuchung von Brusttumoren in hirnähnlicher Extrazellulärmatrix

Brusttumorzellen sind in der Lage, im Gehirn zu metastasieren, obwohl sich beide Gewebe in ihren mechanischen und chemischen Eigenschaften signifikant unterscheiden.

Cover Design der Ausgabe Advanced Biology. Gezeigt sind Brusttumorzellen (grün) sowie deren Interaktion mit Collagen (rot) als extrazelluläres Matrixprotein. Die weiteren Symbole stellen die Komponenten des 3D Modells dar, z.B. Hyaluronsäure, Laminin, Fibronectin, sowie chemische Vernetzer (PEGDA 2-armig und 8-armig).
Die Erstautorin Esra Tuerker am Mikroskop bei der Betrachtung ihrer 3D Modelle am Bildschirm. © Carmen Villmann

In dem von Prof. Dr. Carmen Villmann geleiteten Projekt wurde ein 3D Zellkulturmodell entwickelt, welches eine Gehirn-ähnliche Steifigkeit und Organisation der extrazellulären Matrix aufweist. Das Modell erlaubt die Charakterisierung von Zell-Zell- und Zell-Matrix-Interaktionen sowie deren Veränderungen in Anwesenheit von Therapeutika.

 

Esra Türker, Mateo S. Andrade Mier, Jessica Faber, Selma J. Padilla Padilla, Nicoletta Murenu, Philipp Stahlhut, Gregor Lang, Zan Lamberger, Jeanette Weigelt, Natascha Schaefer, Jörg Tessmar, Pamela L. Strissel, Torsten Blunk, Silvia Budday, Reiner Strick, Carmen Villmann. Breast Tumor Cell Survival and Morphology in a Brain-like Extracellular Matrix Depends on Matrix Composition and Mechanical Properties. Advanced Biology (Weinh). 2024 Jul 6:e2400184. doi: 10.1002/adbi.202400184.

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Cover Design der Ausgabe Advanced Biology. Gezeigt sind Brusttumorzellen (grün) sowie deren Interaktion mit Collagen (rot) als extrazelluläres Matrixprotein. Die weiteren Symbole stellen die Komponenten des 3D Modells dar, z.B. Hyaluronsäure, Laminin, Fibronectin, sowie chemische Vernetzer (PEGDA 2-armig und 8-armig).
Die Erstautorin Esra Tuerker am Mikroskop bei der Betrachtung ihrer 3D Modelle am Bildschirm. © Carmen Villmann

Autoantikörper, die auf den Glycinrezeptor β abzielen, tragen zur Pathologie von Autoimmunerkrankungen bei

Die neurologische Erkrankung Stiff Person Syndrom, die mit Muskelkrämpfen, Steifheit und erhöhter Startle Reaktion einhergeht, also mit schnellen, automatischen, körperlichen Reaktionen auf einen plötzlichen und unerwarteten Reiz, ist mit verschiedenen Autoantikörpern assoziiert.

Anna-Lena Wiessler © Carmen Villmann / UKW

In der vorliegenden Publikation beschreibt Dr. Anna-Lena Wiessler vom Institut für Klinische Neurobiologie ein neues Target dieser Autoantikörper – eine synaptische Untereinheit des inhibitorischen Glycinrezeptors (GlyRß). Mittels elektrophysiologoscher Untersuchungen mit der Patch Clamp Methode konnte die Erstautorin die funktionellen Beeinträchtigungen der markierten Ionenkanäle als Folge der Autoantikörperbindung identifizieren und damit die Pathologie der Autoantikörper weiter aufklären. 

 

Anna-Lena Wiessler, Ivan Talucci , Inken Piro, Sabine Seefried, Verena Hörlin, Betül B Baykan, Erdem Tüzün, Natascha Schaefer, Hans M Maric, Claudia Sommer, Carmen Villmann. Glycine Receptor β–Targeting Autoantibodies Contribute to the Pathology of Autoimmune Diseases. Neurology Neuroimmunology Neuroinflammation (2024). doi:10.1212/NXI.0000000000200187

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Anna-Lena Wiessler © Carmen Villmann / UKW
Wie Retikulophagie und neuronaler NTRK2/TrkB-Signalweg zusammenhängen

In der Arbeit „Connecting reticulophagy and neuronal NTRK2/TrkB signaling“ konnten Dr. Patrick Lüningschrör und Prof. Dr. Michael Sendtner zeigen, dass der Transport des Rezeptors für den neurotrophen Faktor Brain-Derived neurotrophic factor (BDNF) an die Zelloberfläche durch die sogenannte Endoplasmatische Retikulum Phagie (ER-Phagie) reguliert wird.

Dr. Patrick Lüningschrör © Michael Sendtner / UKW

Um zu verhindern, dass nicht benötigte Rezeptor-Moleküle intrazellulär im ER akkumulieren, werden Teile des ER mittels ER-Phagie abgebaut. Dieser Mechanismus bietet eine Möglichkeit zur Feinabstimmung der zellulären Antwort auf den TrkB Liganden BDNF und spielt eine wichtige Rolle in der embryonalen Entwicklung der Gehirnrinde sowie bei neuronaler Plastizität.

 

Patrick Lüningschrör, Michael Sendtner. Connecting reticulophagy and neuronal NTRK2/TrkB signaling. Autophagy, 20(3):692-693 (2024). doi:10.1080/15548627.2023.2276630

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Dr. Patrick Lüningschrör © Michael Sendtner / UKW