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Proteine im Zusammenhang mit der Entwicklung von Nervenfasern
Als der Biologieprofessor am MIT, Frank Gertler, Mäuse züchtete, denen ein bestimmter Satz von Genen fehlte, erwartete er, dass ihre Gehirnzellen fehlerhafte, fehlgeleitete Nervenfasern aufweisen. Zu seiner Überraschung sah er mutierte Neuronen, die wie Spiegeleier aussahen: Die Somas – oder Zellkörper – waren intakt, aber die ästenartigen Dendriten und langen, dünnen Axone fehlten.
Bei einem normalen Mausembryo (oben) sind nach 16,5 Tagen der Trächtigkeit Axone in roter Farbe sichtbar, die sich von der Rinde nach oben zu einem Teil des Gehirns erstrecken, der als innere Kapsel bekannt ist. Bei einer Maus ohne Ena/Vasp-Proteine (unten) wachsen die Axone nicht.
Das typische Neuron in der Großhirnrinde hat ein einzelnes Axon, das Informationen an andere Zellen weiterleitet, und viele kürzere Dendriten, die Nachrichten von anderen Zellen empfangen. Die genetisch veränderten Mäuse in der Studie produzierten Gehirnzellen, die keine Axone oder Dendriten verlängern oder sich mit anderen Neuronen verbinden konnten.
Die Proteinfamilie, die von den drei von Gertler untersuchten Genen kodiert wird, die als Ena/Vasp-Proteine bekannt sind, spielt eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von Nervenfasern. Die Manipulation dieser Proteine kann eines Tages helfen, Verletzungen der Wirbelsäule und andere Schäden zu reparieren, die durch fehlerhafte Zell-Zell-Verbindungen verursacht wurden. Wir glauben, dass die Mechanismen, die wir zu enträtseln begonnen haben, die Tür zu potenziellen regenerativen Therapien für Neurodegeneration oder Hirnverletzungen öffnen könnten, sagt Gertler.
Die Form einer Zelle wird durch ihr Zytoskelett bestimmt – die inneren Säulen und Träger, die gegen die Zellmembran drücken. Um sich zu bewegen und ihre Form zu ändern, muss eine Zelle ihr Zytoskelett umbauen. Es ist, als würde die Zelle Ampeln lesen und versuchen, herauszufinden, wohin sie gehen sollen, sagt Gertler. Ena/Vasp-Proteine sind die Navigatoren für Nervenauswüchse, die Neuriten genannt werden, die Vorläufer von Axonen und Dendriten.
Die Proteine befinden sich in den Spitzen der Filopodien eines Neuriten – kurzen Fortsätzen, die Umweltsignale empfangen und in Anweisungen für die Zelle übersetzen. Diese Anweisungen sagen der Zelle, entweder die Filopodien weiter zu verlängern, Proteinfilamente zu verlängern oder das Wachstum zu stoppen.
Dies ist eine der ersten Studien, die die frühen Schritte aufdeckt, wie ein differenziertes Neuron beginnt, seine einzigartige Morphologie zu erlangen, sagt Gertler.