Molecular mechanisms of myelin membrane biogenesis

Abstract

Während der Entwicklung des Gehirnes von Vertebraten werden Axone durch Oligodendrozyten mit Myelin, einer isolierenden Membranschicht, umhüllt. Unser Ziel ist es die zelluläre Maschinerie, die zum Aufbau dieser Membran benötigt wird, zu verstehen. Da die Entstehung der Myelinscheide von axonalen Signalen abhängig ist, analysierten wir, wie neuronale Faktoren die Produktion dieser Membran regulieren. Unter Verwendung primärer Oligodendrozyten-Kulturen und oligodendroglialer Zelllinien untersuchten wir die Regulation des intrazellulären Transports der Myelinmembran durch Neurone. In der Abwesenheit löslicher neuronaler Signale wird das Proteolipid-Protein (PLP), ein Transmembranprotein, das den größten Anteil der Proteine des Myelins ausmacht, über einem Cholesterol-abhängigen und Clathrin-unabhängigen Weg endozytiert, der das Vorhandensein eines funktionsfähigen Actin-Zytoskeletts und des kleinen G-Proteins RhoA voraussetzt. Anschließend wird PLP in späte Endosomen transportiert, in welchen es sowohl in der äußeren begrenzenden Membran als auch in intraluminalen Vesikeln zu finden ist. Das Protein liegt hierbei in distinkten Mikrodomänen getrennt vom EGF-Rezeptor, einem Marker für Degradation, vor. Wir beobachteten, dass der Transport von PLP ins Innere des späten Endosoms im Gegensatz zu dem des EGFR (Epidermal Growth Factor Receptor) vom ESCRT (Endosomal Sorting Complex Required for Transport) unabhängig ist. PLP wird im späten Endosom bis zum Eintreffen neuronaler Signale gespeichert. Erst beim Vorliegen dieser Signale verändert sich die Verteilung des Proteins entscheidend. Die Endozytose-Rate ist dann herabgesetzt und der Transport von PLP aus dem späten Endosom zur Plasmamembran wird eingeleitet. Unsere Untersuchungen zeigen, dass der Übergang von vorwiegender Endozytose zur Exozytose hin mit einer Reduktion der Aktivität einzelner kleiner GTPasen der Rho-Familie einhergeht. Wir konnten zeigen, dass lösliche neuronale Faktoren diese GTPasen in Oligodendrozyten inaktivieren, was zum vermindert Transport vo n PLP zum späten Endosom und einer erhöhten Dynamik dieser Zellorganelle führt. Weiterhin konnten wir demonstrieren, dass die Regulation des intrazellulären Transportes der Myelinmembran von der Tyrosinkinase c-src koordiniert wird. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigen eine bedeutende und neuartige Funktion später Endosomen in Oligodendrozyten, die PLP unter neuronaler Regulation entweder speichern oder aber freigeben. Dieser Mechanismus erlaubt eine zeitlich abgestimmte kontrollierte Entwicklung der Myelinmembran.