Die Rolle des neuartigen Proteins MRP in der Hirnentwicklung

Während der Entwicklung des Zentralnervensystems entstehen Neuronen durch Differenzierung unreifer Vorläuferzellen. Dabei bilden die Zellen lange Fortsätze, Axone und Dendriten, aus, um mit anderen Zellen Kontakte herzustellen und das neuronale Netzwerk auszubilden, das zur Informationsverarbeitung fähig ist. Korrekte Führung individueller Fortsätze zu den für sie bestimmten Zielzellen ist unumgänglich für die Ausbildung des Gehirns. Die Fortsätze werden durch Signalmoleküle gelenkt, die von Zellen in der Umgebung synthetisiert und abgegeben werden. Diese Signalmoleküle werden durch Sensoren an der Spitze jedes Fortsatzes, dem sogenannten Wachstumskegel, erkannt und letztlich in Umlagerungen des im Wachstumskegel befindlichen Zytoskeletts übersetzt, wodurch eine Richtungsänderung in der Ausbreitung des Fortsatzes möglich wird. Das Zytoskelett des Wachstumskegels besteht aus Mikrotubuli und Actinfilamenten. Proteine, die mit den Mikrotubuli und Actinfilamenten assoziiert sind und in der Lage sind, diese beiden Komponenten des Zytoskeletts der Wachstumskegel zu vernetzen, spielen in der korrekten Interpretation extrazellulärer Signale durch den Wachstumskegel ein wichtige Rolle. So konnten wir vor Kurzem zeigen, dass eines dieser Proteine, MAP1B, in der Tat essentiell für die Führung von Axonen in der Hirnentwicklung ist. Bei einer anschließenden Suche nach MAP1B verwandten Proteinen entdeckten wir in den DNA Datenbanken neue Gene und cDNAs, die für ein bislang unbekanntes Protein kodieren, das wir MRP (MAP1B related protein) nannten und das bislang noch in keinem Organismus beschrieben worden war. Auf Grund der besonderen Verwandtschaft von MRP zu MAP1B und der von uns entdeckten Expression von MRP in entwicklungs-spezifischen Isoformen im embryonalen Maushirn vermute ich, dass MRP ein neuartiges Vernetzerprotein für Mikrotubuli und Actinfilamente ist und in der Hirnentwicklung eine essentielle Funktion hat. Zur Untersuchung dieser Hypothese soll das Gen und die cDNA für MRP kloniert werden. Durch Keimbahnmutation sollen darauf Mäuse erhalten werden, denen das Gen für MRP fehlt, um die Auswirkungen der MRP-Defizienz auf die Entwicklung des Nervensystems zu studieren. Außerdem soll das Verhalten von Wachstumskegeln MRP-defizienter Neuronen in Zellkultur durch Videomikroskopie untersucht werden. Darüber hinaus soll die Funktion von MRP durch Untersuchungen der Wirkungen von MRP und MRP Deletionsmutanten in einer Reihe von zellbiologischen und biochemischen Testsystemen ermittelt werden, und es sollen zelluläre Proteine, die mit MRP wechselwirken können, identifiziert werden. Diese Experimente werden zur Isolierung und Charakterisierung des letzten noch unbekannten Mitglieds der MAP1B Familie von Zytoskelettvernetzungsproteinen führen, die eine wichtige Funktion bei der Lenkung von Nervenfortsätzen haben. Sie werden die spezifische Funktion von MRP in der Hirnentwicklung aufklären und Einsichten in den Wirkungsmechanismus von MRP und der mit ihm verwandten Proteine der MAP1B Familie liefern. Es wird erwartet, dass die Resultate dieser Untersuchungen unser Wissen über essentielle molekulare Vorgänge bei der Antwort neuronaler Wachstumskegel auf extrazelluläre Signale vertiefen und damit Einblick in Prozesse geben, die bei der Verdrahtung des zentralen und peripheren Nervensystems eine herausragende Rolle spielen.

Alle Zellen des Körpers haben im Inneren ein Gerüst, das ihnen ermöglicht eine bestimmte Form anzunehmen. Nervenzellen, die sich über sehr lange, dünne Fortsätze miteinander vernetzen müssen, um ein zur Datenverarbeitung fähiges Netzwerk, das Gehirn, aufzubauen, sind ganz besonders auf dieses Gerüst zur Aufrechterhaltung der langen Verbindungen angewiesen. Veränderungen und Defekte im Gerüst können zu schweren Krankheiten beim Menschen führen. Dazu gehören unter anderem Erbkrankheiten mit geistiger Behinderung und die Alzheimer Krankheit. Auch bei der Entstehung von Krebszellen und bei der Chemotherapie von Tumoren spielt das Zellgerüst eine wichtige Rolle. Die einzelnen Elemente dieses Gerüsts sind spezielle Proteine, die in der Zelle zu Stangen zusammengefügt werden. Andere Proteine kontrollieren, an welchen Orten in der Zelle Teile des Gerüsts auf- oder abgebaut werden und vollenden das Gerüst durch stabile Verbindungen zwischen einzelnen Stangen. Einige solcher Proteine sind bekannt. Im vorliegenden Projekt ging es darum, weitere solche Proteine zu entdecken und zu klären, welchen Einfluss sie auf das Gerüst haben. Hinweise, dass es weitere solche Stabilisatorproteine des Gerüsts gibt, die bis jetzt noch nicht entdeckt worden waren, kamen aus unserer Untersuchung der Erbinformation des Menschen, wo wir zunächst einen Bauplan für ein solches Protein finden konnten. In der Folge konnten wir zeigen, dass dieser Bauplan genützt wird und dass das Protein tatsächlich in den Zellen des Körpers synthetisiert und verwendet wird. Wir konnten Besonderheiten bei der Synthese dieses Proteins beschreiben, einige seiner Eigenschaften enthüllen und aufklären, welche Teile des Proteins für seine Stabilisatorfunktion und für das Andocken an die Gerüststangen erforderlich sind. Das von uns entdeckte Protein ist am Aufbau des Gerüsts in Nervenzellen und anderen Körperzellen beteiligt und dürfte auch eine Rolle bei der Entstehung von Krebszellen spielen. Die Ergebnisse dieser Untersuchung erweitern unser Wissen über das Gerüst der Körperzellen und werden in Zukunft vielleicht dazu beitragen, dass man Vorgänge im Inneren einzelner Zellen bei der Entwicklung des Nervensystems und auch bei der Entstehung von Krebszellen besser versteht.