The role of local mRNA translation in the regulation of dendritic spine morphogenesis
Final Report Abstract
Arbeiten der letzten Jahre haben gezeigt, dass die Proteinsynthese in Nervenzellen räumlich nicht auf den Zellkörper beschränkt ist sondern vielmehr auch „lokal" in den zahlreichen Zellausläufern stattfinden kann. Dadurch sind Nervenzellen in der Lage, die Genexpression in einzelnen Zellausläufern räumlich und zeitlich unabhängig vom Zellkörper zu steuern. Dies ermöglicht spezifische Antworten auf lokal eintreffende Signale. Während die Bedeutung dieser „lokalen Proteinsynthese" für die synaptische Kommunikation zwischen Nervenzellen als Grundlage für Lernen und Gedächtnis bereits intensiv untersucht wurde, ist bisher nur wenig über die Rolle der „lokalen Proteinsynthese" bei der Entwicklung von Nervenzellen und der Ausbildung spezieller Nervenzellfortsätze, der Dendriten, bekannt. Im vorliegenden Projekt sollte dieser Aspekt am Beispiel der lokalen Synthese des Proteins RhoA untersucht werden. RhoA galt als ausichtsreicher Kandidat, da zum einen bekannt war, dass dieses Protein die Form von Dendriten beeinflusst und zum anderen bereits gezeigt wurde, dass RhoA in anderen Zellfortsätzen lokal synthetisiert werden kann. Trotz gründlicher Planung ließ sich das Projekt allerdings nicht wie beabsichtigt durchführen. So traten bereits bei den ersten Versuchen unvorhergesehene technische Schwierigkeiten auf, welche die Eignung der ursprünglich vorgesehenen Methoden in Zweifel zogen. Als Alternative wurde daher eine im Gastgeberlabor vorhandene neuartige Zellkulturmethode speziell für die Untersuchung der geplanten Fragestellungen modifiziert und optimiert. Mit Hilfe dieser modifizierten sogenannten mikrofluidischen Zellkulturkammern können Nervenzellen derart in Kultur gehallen werden, dass Zellköper und Dendriten selektiv manipuliert werden können. Dadurch wird nicht nur die Beantwortung der speziellen Fragen des vorliegenden Projektes ermöglicht, vielmehr konnte ich auch deutlich allgemeinere und grundlegendere Fragen zur lokalen Proteinsynthese in Dendriten experimentell untersuchen. So konnte ich erstmals zeigen, dass die lokale Proteinsynthese für die korrekte Ausbildung von Dendriten erforderlich ist. Dies ist von grundlegender Bedeutung für das Verständnis der Gehirnentwicklung, da die Form der Dendriten maßgeblich die Fähigkeit der Nervenzeilen zur Signalverarbeitung beeinflusst. Für die hier entwickelte Zellkulturtechnik ergeben sich zudem zusätzliche Anwendungsperspektiven in zahlreichen Gebieten der Neurowissenschaften. Als Beispiele seien an dieser Stelle die Untersuchung der Signalübertragung zwischen Synapsen und Zellkern, sowie die biochemische Aufreinigung und Analyse von Molekülen aus Dendriten genannt.
