Kurzfassung

Während der Entwicklung des Nervensystems kommt es zur Myelinisierung neuronaler Axone, wobei myelinisierte (internodale) und unmyelinisierte (nodale) Subdomänen entstehen. An den auch als Ranvierschen Schnürringen bezeichneten Nodien kommt es durch die spezifische Lokalisierung von spannungsabhängigen Natriumkanälen zur (erneuten) Depolarisation der Membran an definierten axonalen Bereichen, so dass sich Aktionspotentiale saltatorisch ausbreiten können. Dies ermöglicht eine besonders rasche...Während der Entwicklung des Nervensystems kommt es zur Myelinisierung neuronaler Axone, wobei myelinisierte (internodale) und unmyelinisierte (nodale) Subdomänen entstehen. An den auch als Ranvierschen Schnürringen bezeichneten Nodien kommt es durch die spezifische Lokalisierung von spannungsabhängigen Natriumkanälen zur (erneuten) Depolarisation der Membran an definierten axonalen Bereichen, so dass sich Aktionspotentiale saltatorisch ausbreiten können. Dies ermöglicht eine besonders rasche und Energie-effiziente Reizweiterleitung. Im zentralen Nervensystem (ZNS) erfolgt die Myelinisierung neuronaler Axone durch Oligodendrozyten. Diese Glia-zellen erkennen mehrere axonale Segmente und umwickeln sie mehrfach mit ihren zellulären Fortsätzen. Nach Retraktion des Zytoplamas kommt es zur Ausbildung von multilamellaren oligodendroglialen Membranstapeln - dem kompakten Myelin. Die biosynthetische Leistung eines Oligodendrozyten während aktiver Phasen der Myelinisier-ung ist besonders hoch. Es wird bis zu 5000 µm2 Membranoberfläche pro Tag synthetisiert. Folglich müssen große Mengen der Myelinproteine und –lipide zum richtigen Zeitpunkt der Entwicklung zum Bereich der wachsenden Myelinmembran transportiert werden. Die zeitlich und räumlich koordinierte Regulation der Myelinmembran-synthese ist nur unzureichend verstanden und bedarf einer interzellulären Kommunikation zwischen Neuron und Oligodendrozyt. Kürzlich konnte ein Axon-Glialer Signaltransduktionsmechanismus beschrieben werden, der ausgehend vom axonal lokalisierten L1 Zelladhäsionsmolekül die lokale Synthese des für die Myelinisierung essentiellen Myelin basic protein (MBP) reguliert (White et al 2008). In Oligodendrozyten wird MBP nicht als Protein, sondern als mRNA in RNA Transportgranula transportiert. Während des Transports wird die MBP mRNA translationell gehemmt und erst an der Plasmamembran in ein Protein translatiert. Das RNA bindende Protein hnRNP A2 (heterogeneous nuclear ribonucleoprotein A2) bindet MBP mRNA im Zellkern und koordiniert den Transport ins Zytoplasma und weiter bis zur Plasmamembran. Die molekularen Mechanismen der translationellen Hemmung während des zytoplasmatischen Transports sind kaum verstanden. Eine Rolle scheint neben hnRNP A2 das ver-wandte Protein hnRNP E1 zu spielen (Kosturko et al 2006).
MicroRNAs (miRNA) sind kurze nicht-kodierende RNA Moleküle, die die Translation von mRNAs inhibieren. Man geht davon aus, dass 30-50% der humanen mRNAs von miRNAs reguliert werden (Filipowicz 2008). MiRNAs spielen bei fast allen bislang untersuchten zellulären Prozessen eine Rolle und ein wesentlicher Bestandteil der aktu-ellen biomedizinischen Forschung ist die Identifizierung von regulatorischen miRNAs und den dazugehörigen Ziel-molekülen. Auch in der Reifung und Proliferation von Oligodendrozyten scheinen miRNAs eine Rolle zu spielen (Budde et al 2010).
Eigene Vorarbeiten deuten darauf hin, dass eine bestimmte miRNA die Translation von MBP beeinflusst und mit MBP mRNA Transportgranula assoziiert ist. Außerdem konnten über vergleichende massenspektrometrische Proteomanalysen weitere Zielproteine entdeckt werden, die durch diese miRNA reguliert werden.

Im beantragten Projekt soll hauptsächlich der potentielle Einfluss von miRNAs auf die Translationsregulation von MBP in Oligodendrozyten untersucht werden.

Ziele des beantragten Projektes sind:

Die spezifische Regulation von miRNAs auf MBP mRNAs in primären Mausoligodendrozyten in vitro zu verifizieren und Vorarbeiten durchzuführen, um in vivo Effekte auf Myelinisierungsvorgänge im zentralen Nervensystem zu analysieren.
Die Regulation der in Vorarbeiten gefundenen miRNA Zielproteine über WesternBlot Analysen zu verifizieren und eine spezifische Regulation auf die Translation der mRNAs durch Luziferase Reporterexperimente in vitro zu analysieren
Einen Einfluss der Fyn Kinase auf miRNA Assoziation mit MBP RNA Transport Granula zu untersuchen

Referenzen:

Budde, H., S. Schmitt, D. Fitzner, L. Opitz, G. Salinas-Riester, and M. Simons. Control of oligodendroglial cell number by the miR-17-92 cluster. Development. 137:2127-32.
Filipowicz, W., S.N. Bhattacharyya, and N. Sonenberg. 2008. Mechanisms of post-transcriptional regulation by microRNAs: are the answers in sight? Nat Rev Genet. 9:102-14.
Kosturko, L.D., M.J. Maggipinto, G. Korza, J.W. Lee, J.H. Carson, and E. Barbarese. 2006. Heterogeneous nuclear ribonucleoprotein (hnRNP) E1 binds to hnRNP A2 and inhibits translation of A2 response element mRNAs. Mol Biol Cell. 17:3521-33.
White, R., C. Gonsior, E.M. Kramer-Albers, N. Stohr, S. Huttelmaier, and J. Trotter. 2008. Activation of oligodendroglial Fyn kinase enhances translation of mRNAs transported in hnRNP A2-dependent RNA granules. J Cell Biol. 181:579-86.
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