Die Rolle von MuSK Sumoylierung an der neuromuskulären Synapse

Sumoylierung ist eine vor kurzem entdeckte posttranslationelle Modifikation, die die Funktion von Proteinen beeinflusst. Sumoylierung kann sowohl die Aktivität, Stabilität, Lokalisierung als auch Interaktionen von Targetproteinen regulieren. Dies macht Sumoylierung zu einem wichtigen regulatorischen Mechanismus, der unterschiedliche zelluläre Prozesse steuert. Die Muskel-spezifische Kinase MuSK ist ein essentielles Protein für die Entwicklung der neuromuskulären Synapse. Die neuromuskuläre Synapse ist die spezialisierte Verbindungsstelle zwischen einem Motorneuron und einer Muskelfaser. Diese Synapsen regulieren jede Art der Bewegung innerhalb eines Organismus. Ein defektes MuSK Protein hat lebensbedrohliche Konsequenzen, da auch die Atmung durch neuromuskuläre Synapsen gesteuert wird. Unter anderem wird die Funktion von MuSK durch posttranslationelle Modifikationen wie Phosphorylierung oder Glykosylierung reguliert. Wir haben nun heraus gefunden, dass MuSK auch sumoyliert wird. Da Sumoylierung analog zu anderen Modifikationen einen grossen Einfluss auf die Proteinfunktion haben kann, versuchen wir die funktionellen Aspekte von MuSK Sumoylierung zu analysieren. Im Besonderen, sind wir daran interessiert zu verstehen, welche Rolle MuSK Sumoylierung bei der Bildung der neuromuskulären Synapse spielt.

Synapsen sind essentielle Schaltstellen des zentralen und peripheren Nervensystems, die Informationen zwischen verschiedenen Zellen weiterleiten. Die neuromuskuläre Synapse ist die spezialisierte Verbindungsstelle zwischen einem Motorneuron und einer Muskelfaser. Diese Synapsen regulieren jede Art der Bewegung innerhalb eines Organismus. Das Ziel unserer Forschungsarbeiten konzentriert sich auf die Analyse der molekularen Vorgänge, die zur Bildung der neuromuskulären Synapse führen. Sobald Motorneuronen mit Muskelfasern interagieren, findet ein Austausch von Signalen zwischen Muskel und Nerv statt und die Bildung einer neuromuskulären Synapse mit einer differenzierten präsynaptischen Nervenendigung und einem spezialisierten postsynaptischen Apparatus wird initiiert. An der postsynaptischen Muskelmembran kontrolliert eine Kinase, genannt MuSK, die Signalwege, die für die Entstehung der neuromuskulären Synapse wichtig sind. Unter anderem wird MuSK Aktivität durch posttranslationale Modifikationen reguliert. Die bekannteste davon ist Phosphorylierung. Das Anhängen von Phosphatresten an bestimmte Aminosäuren in MuSK hat spezifischen Auswirkungen auf die Aktivität von MuSK und die darunter liegenden Signalwege. Wir haben diese Modifikationen untersucht und dabei eine neue Phosphorylierungsstelle in MuSK identifiziert. Wir haben auch eine andere posttranslationale Modifikation, genannt Sumoylierung, untersucht. Bei der Sumoylierung werden in einem Protein spezifische Lysinreste mit dem SUMO-Protein markiert. Diese Markierung kann sehr unterschiedliche Effekte hervorrufen, die unter anderem Zellzyklus, Wachstum und Differenzierung beeinflussen. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass Sumoylierung keine Rolle bei der Funktion von MuSK spielt. In einem weiteren Projekt haben wir die Funktion des Enzym CLP1 während der Entstehung der neuromuskulären Synapse untersucht. CLP1 ist eine RNA Kinase und phosphoryliert Transfer-RNA (tRNA), welche die Information von den Genen zu den Proteinmaschinen bringt. Die Inaktivierung von CLP1 Enzymaktivität in Mäusen führt dazu, dass aus der tRNA eine ganz andere, zuvor unbekannte RNA generiert wird. Motorneuronen, werden verletzlicher gegen oxidativen Stress und aktivieren das Gen p53, welches regulierten Zelltod oder Apoptose hervorruft. Mäuse zeigten einen progressiven Verlust von Motorneuronen im Rückenmark und eine aberrante Entwicklung der neuromuskulären Synapsen. Dies führte dazu, dass abhängig vom Mausstamm Mäuse entweder gleich nach der Geburt starben oder ein paar Monaten nach der Geburt schwere motorische Probleme hatten und frühzeitig aufgrund von Lähmungserscheinungen verstarben.