Rolle und Wirkmechanismus anaboler Stimuli auf die neuromuskuläre Trophik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Dieses Projekt hat unser Verständnis über die Skelettmuskelinnervierung und die Rolle insbesondere der sympathischen Innervierung wesentlich erweitert. Die Entwicklung von neuen optischen Gewebeklärungsverfahren in Kombination mit Immunfluoreszenz von ex vivo-Gefrierschnitt- und Wholemount-Muskelproben aus verschiedenen Körperregionen der Maus zeigten das Vorhandensein von Tyrosinhydroxylase-positiven Fasern bereits bei der Geburt. Dabei gingen die Fasern meist zunächst entlang der großen Blutgefäße, folgten dann auch den kleineren Gefäßen und liefen schließlich oft über Dutzende Mikrometer an Muskelfasern entlang. Die Dichte dieser Fasern nahm in der frühen postnatalen Entwicklung rasch zu und erstreckte sich im erwachsenen Tier, z.B. im Zwerchfell, über die gesamte Muskelfläche. Dabei war auch eine postnatal zunehmende Innervationsdichte an den Endplatten zu erkennen. So zeigten im erwachsenen Maus-Extensor digitorum longus Muskel etwa 90 % der Endplatten ein klares Tyrosinhydroxylase-Signal. Mittels experimenteller Sympathektomie und in vivo-Imaging sowie Proteomics-, Western blot- und Immunfluoreszenzverfahren konnte gezeigt werden, dass die sympathische Innervierung nicht nur wesentlich für die Skelettmuskel- und Endplattentrophik ist und dass dies mit einer erhöhten endo/lysosomalen Aktivität einhergeht. Die mechanistischen Analysen stehen weitgehend in Einklang mit den erwarteten Ausganghypothesen sowie mit komplementären Daten der Arbeitsgruppe Delbono, die nach chirurgischer Sympathektomie und Transkriptomuntersuchungen ähnliche Befunde erhielten. Insgesamt verdichten die hier vorgelegten Daten zusammen mit den Arbeiten der Delbono-Gruppe die Hypothese, dass eine sympathische Innervierung der Skelettmuskulatur im Bereich der Endplatten vorliegt, dass diese eine wichtige trophische Funktion auf Muskelfaser und Endplatte ausübt und dass dies nicht zuletzt durch eine Regulation des endo/lysosomalen Stofftransports geschieht. Die vorliegende Projektarbeit wurde weitgehend publiziert und in Übersichtsartikeln teilweise konzeptionell in den Kontext der bekannten Skelettmuskelbiologie eingefügt. Im Bereich der Behandlung von kongenitalen myasthenischen Syndromen spielen Sympathikomimetika mittlerweile eine wichtige Rolle. Wenngleich der Einsatz dieser Wirkstoffe nicht durch die vorliegenden Arbeiten initiiert wurde, sondern in etwa zeitgleich begann, können die Daten doch Erklärungsansätze für die Wirksamkeit dieser Medikamente beisteuern.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2018). GFPT1 deficiency in muscle leads to myasthenia and myopathy in mice. Hum. Mol. Genet.
Issop, Y., Hathazi, D., Khan, M. M., Rudolf, R., Weis, J., Spendiff, S., Slater, C. R., Roos, A., and Lochmüller, H.
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(2018). Postnatal Development and Distribution of Sympathetic Innervation in Mouse Skeletal Muscle. Int. J. Mol. Sci. 19, 1935
Straka, T., Vita, V., Prokshi, K., Hörner, S. J., Khan, M. M., Pirazzini, M., Williams, M. P. I., Hafner, M., Zaglia, T., and Rudolf, R.
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(2019). A Novel Optical Tissue Clearing Protocol for Mouse Skeletal Muscle to Visualize Endplates in Their Tissue Context. Front. Cell. Neurosci. 13, 49
Williams, M. P. I., Rigon, M., Straka, T., Hörner, S. J., Thiel, M., Gretz, N., Hafner, M., Reischl, M., and Rudolf, R.
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(2019). Evidence for the subsynaptic zone as a preferential site for CHRN recycling at neuromuscular junctions. Small GTPases 10, 395–402
Wild, F., Khan, M. M., and Rudolf, R.
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(2019). Nicotinic acetylcholine receptor at vertebrate motor endplates: Endocytosis, recycling, and degradation. Neurosci. Lett. 711, 134434
Rudolf, R., and Straka, T.
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(2019). SIL1 deficiency causes degenerative changes of peripheral nerves and neuromuscular junctions in fish, mice and human. Neurobiol. Dis. 124, 218–229
Phan, V., Cox, D., Cipriani, S., Spendiff, S., Buchkremer, S., O’Connor, E., Horvath, R., Goebel, H. H., Hathazi, D., Lochmüller, H., Straka, T., Rudolf, R., Weis, J., Roos, A.
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(2019). α- Calcitonin gene-related peptide inhibits autophagy and calpain systems and maintains the stability of neuromuscular junction in denervated muscles. Mol. Metab. 28, 91–106
Machado, J., Silveira, W. A., Gonçalves, D. A., Schavinski, A. Z., Khan, M. M., Zanon, N. M., Diaz, M. B., Rudolf, R., Kettelhut, I. C., and Navegantes, L. C.
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Motor Endplate—Anatomical, Functional, and Molecular Concepts in the Historical Perspective. Cells 8, 387
Rudolf, R., Khan, M. M., and Witzemann, V.
