Zellskelett-Gene regulieren Verknüpfung im Gehirn

by | May 8, 2024

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Forscher der Philipps-Universität Marburg entschlüsseln, welche Voraussetzungen für die Verknüpfung von Nervenzellen nötig sind. Neue Erkenntnisse für neurologische Forschung wichtig.

Wie werden Netzwerke im Gehirn geknüpft und wie Nervenzellen dafür umgebaut? Forscher der Phillips-Universität Marburg sind den Antworten einen Schritt nähergekommen. Die Zentrale Erkenntnis, die das Team um Dr. Sharof Khudayberdiev und Professor Dr. Marco Rust in der Fachzeitschrift „Science Signaling“ veröffentlich hat: Ein Molekülpaar zu trennen, hat Auswirkungen auf das Networking im Hirn. Denn die Vernetzung von Nervenzellen hängt davon ab, wie die Proteine CAP1, SRF und dessen Bindungspartner MRTF miteinander agieren.

„Frühere Arbeiten haben die große Bedeutung des Transkriptionsfaktors SRF und seines Helfers MRTF im Gehirn aufgezeigt“, erläutert der Neurobiologe Professor Dr. Marco Rust von der Philipps-Universität Marburg, der die Forschungsarbeit leitete. „Was das Zusammenspiel von MRTF und SRF in Nervenzellen steuert, war bislang jedoch weitgehend unverstanden.“

Aktin wichtig für das Zellskelett

Sollen Nervenzellen verknüpft werden, ist dafür das Gerüstmolekül Aktin nötig. Damit lange Fäden aus Aktin gebildet oder auch abgebaut werden können, braucht es Regulatoren, erklärt Rusts Mitarbeiter Dr. Sharof Khudayberdiev. Und eines dieser Steuermoleküle sei CAP1: „Experimente an Versuchstieren haben gezeigt, dass sich das wachsende Gehirn nicht normal entwickelt, wenn CAP1 fehlt. Ohne das Protein werden Nervenbahnen während der embryonalen Hirnentwicklung nicht gebildet.“

Die Arbeitsgruppe nutzte molekulargenetische und pharmakologische Verfahren, um das Zusammenspiel von SRF und MRTF mit CAP1 in isolierten Nervenzellen aufzuklären. Dabei konnten sie zeigen, dass CAP1 das Zusammenspiel von MRTF und SRF in Nervenzellen unterbindet. Das Team konnte auch den zugrunde liegenden molekularen Mechanismus klären: Den Befunden zufolge hemmt CAP1 die Aktivität von SRF, indem es dessen Partner MRFT außerhalb des Zellkerns zurückhält. Ohne die Kopplung an MRTF kann SRF nicht dafür sorgen, dass nachgeschaltete Gene korrekt arbeiten, die zur Verknüpfung von Nervenzellen beitragen.

Erklärung auch für neurologische Erkrankungen?

Welche Bedeutung CAP1 damit zukommt, zeigt ein weiteres Experiment des Teams: Enthalten die Zellen ein mutiertes CAP1-Gen, so entsteht ein funktionsunfähiges Genprodukt; weil CAP1 dann MRTF nicht zurückhalten kann, gelangt mehr davon in den Zellkern – die Aktivität von SRF steigt. „Störungen der MRTF-SRF-Funktion sind mit der Alzheimer-Erkrankung, Autismus und Schizophrenie in Verbindung gebracht worden“, ergänzt Rust. „Neue Erkenntnisse über die Regulation von MRTF-SRF sind die Voraussetzung, um neuartige Therapieansätze zu entwickeln, die nicht bloß die Symptome bekämpfen, sondern die molekularen Ursache solcher Krankheiten.”

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