Myelin Membrane Growth and Organization in a Cellular Model System (EN)

Abstract

Diese Dissertation befasst sich mit zwei grundlegenden Aspekten der Myelinbiogenese: Wie die Myelinmembran wächst und wie sie ihre spezifische Organisation erhält. Myelin ist eine mehrschichtige Scheide, die von Oligodendrozyten um Axone gewickelt wird, um eine schnelle Reizweiterleitung zu ermöglichen. Um die molekularen Mechanismen des Myelinmembranwachstums zu untersuchen, wurden in dieser Arbeit Primärkulturen von Myelin-produzierenden Zellen, Oligodendrozyten, eingesetzt. Wir haben dieses zelluläre System charakterisiert und festgestellt, dass es hinsichtlich der biochemischen und morphologischen Eigenschaften dem in-vivo-Myelin entspricht. Der in-vivo-Situation entsprechend, entwickeln primäre Oligodendrozyten in Zellkultur zwei unterschiedliche subzelluläre Domänen: flache Membranbereiche (sog. Sheets, die dem kompakten Myelin ähneln) und Zellfortsätze (vergleichbar mit nicht-kompaktem Myelin). Interessanterweise entwickeln Oligodendrozyten diese Domänen in Zellkultur auch ohne Axone zu umwickeln. Um Einblicke in die Mechanismen des Myelinmembranwachstums zu gewinnen, untersuchten wir die vesikulären Transport- und Fusionsmechanismen von Oligodendrozyten. Wir konnten feststellten, dass biosynthetische Organellen, Bestandteile des Zytoskeletts, Exozyst-Komplexe und SNAREs fast ausschließlich in den Fortsätzen und Zellkörpern dieser Zellen vorkommen, nicht aber in den Sheets. Außerdem befinden sich die Transportvesikel mit Proteinen des kompakten Myelins lediglich in Fortsätzen und Zellkörpern von Oligodendrozyten, während sich diese Proteine nach der Fusion mit der Plasmamembran über die Sheets verteilen. Insgesamt legen diese Ergebnisse nahe, dass die neu hergestellten Bestandteile der Myelinmembranen zunächst in die Plasmamembran der Fortsätze eingebaut werden, aber nicht direkt in die kompakten Sheets. Dies wirft die Frage auf, wie die Asymmetrie der Plasmamembran in Oligodenrozyten erhalten wird. Wir untersuchten die Organisation von Proteinen in Zellkultur und im Tiermodell. Dabei konnten wir zeigen, dass das Myelin-Basische Protein (MBP) für die Trennung der Membranproteine in kompakte bzw. nicht-kompakte Membranbereiche verantwortlich ist. Im Gegenzug wird die Menge an MBP in den Zellen durch Sphingolipide moduliert. Darüber hinaus konnten wir zeigen, dass sich Myelinlipide spontan von anderen Membranlipiden trennen können (Phasentrennung), was auf die Möglichkeit von Lipid-Selbstorganisation im Myelin hinweist. In dieser Doktorarbeit wird erstmals ein neuer Mechanismus für die Ausbildung von Myelinmembranen vorgeschlagen: Die Membran wächst von den Fortsätzen aus in die Sheets, während die laterale Organisation durch Membranbestandteile (Sphingolipide und MBP) hervorgerufen wird.