Mechanismen der neuronalen Konnektivität
Der dynamische Fortsatz auf den wachsenden Neuriten wird als Wachstumskegel bezeichnet, der den Kontakt zur gewünschten Synapse herstellt. Diese Kegel befinden sich auf den äußersten Spitzen der Nervenzellen auf spezifischen Strukturen, so genannten Axonen und Dendriten. Nun sollte das EU-finanzierte Forschungsprojekt "Mechanobiology of Aplysia neurons" (MAPNE) die Mechanismen der gerichteten Bewegungen neuronaler Wachstumskegel erforschen. Dieser Prozess, die so genannte "Steuerung der Wachstumskegel" ermöglicht die Verbindung zwischen Nervenzellen bei der gesunden Entwicklung, aber auch bei pathologischen Zuständen. MAPNE untersuchte insbesondere die Rolle mechanischer Kräfte und Zelladhäsionsmoleküle auf Neuronen, die für die Beweglichkeit der Wachstumskegel relevant sind. Das wichtigste Instrument für diese Forschungen war ein hochauflösendes Kraftmesssystem (Rasterkraftmikroskop, AFM) kombiniert mit der FRET-Technologie (Förster-Resonanzenergietransfer). Am Modell untersuchte MAPNE die adhäsionsvermittelte Steuerung der Wachstumskegel bei Neuronen der Meeresschnecke Aplysia californica. Mittels AFM und optischer FRET-Mikroskopie gelang es, gleichzeitig die Zugkraft wie auch intrazelluläre Signale zu messen. Das Aplysia-Homolog des menschlichen Nervenzellenadhäsionsmoleküls ist apCAM (Aplysia cell adhesion molecule), das sich vor allem in Zellwachstumskegeln an der Hinterkante (Lamellipodium) des Eingeweidesacks befindet. Zunächst wurde an einem Modellsystem die Bindungskinetik zwischen den einzelnen kinetischen apCAM-Molekülen gemessen, um dann die Bindungskinetik zwischen apCAM-Molekülen bei Aplysia-Wachstumskegeln zu ermitteln. Schließlich wurde die Kraft korreliert, die vom Zytoskelett der Zelle bei der Steuerung des Wachstumskegels mit der Aktivierung intrazellulärer Src übertragen wird. Diese Messungen lieferten den ersten direkten Beweis der Mechanotransduktion - also der Umwandlung eines externen mechanischen Signals in ein zellinternes chemisches Signal. Diese Ergebnisse sind eine Grundvoraussetzung, um künftig komplexere Prozesse der Mechanotransduktion zu untersuchen, was bereits angelaufen ist. Die Forschungen von MAPNE werden Aufschluss über die molekularen und neurobiologischen Grundlagen neurodegenerativer Erkrankungen liefern und damit die Suche nach neuen therapeutischen Zielstrukturen erleichtern.
Schlüsselbegriffe
Gedächtnis, Nervenerkrankungen, Gehirnentwicklung, neuronaler Wachstumskegel, Aplysia, Neuron, Zelladhäsion, Motilität des Wachstumskegels
