Synaptic Vesicles, Mitochondria, and Actin Alterations in SMN-deficient Mice

Abstract

Proximale Spinale Muskel Atrophie (SMA) ist eine autosomal rezessive Krankheit, charakterisiert durch eine Degeneration des zweiten Motorneurons und einer progressiven Paralyse und Atrophie proximaler Muskeln. Nach Zystischer Fibrose, ist SMA die häufigste autosomal rezessive Erkrankung bei Menschen und der häufigste genetische Grund für Säuglingssterblichkeit. SMA, monogenetisch im Ursprung, ist verursacht durch eine Mutation in einem einzelnen Gen, dem Survival Motor Neuron 1 (SMN1) Gen, was zu einer reduzierten Menge an Survival Motor Neuron (SMN) protein führt. SMN ist ein ubiquitär expremiertes Protein mit house-keeping Funktion in snRNP Biogenese und pre-mRNA splicen. Dennoch, eine reduzierte Menge an SMN beeinträchtigt vor allem Motor Neurone und Muskeln aus bisher unverständlichen Gründen. Es wurde demonstriert, dass SMN mit ß-actin mRNA interagiert und an dessen Transport entlang des Axons beteiligt ist. Funktionelle Studien an der Neuromuskulären Synapse (NMJ) haben gezeigt, dass Evozierte Neurotransmitterfreisetzung um 55 % reduziert war in den meist betroffenen Muskelgruppen, dies indiziert, dass eine verringerte Menge an Vesikeln fusioniert, währenddessen asynchrone Transmitterfreisetzung um 300 % erhöht ist aufgrund von einer abnormalen Akkumulation von Calcium in der Nervenendigung in SMA Mäusen. Eine Mögliche Erklärung für diese Calcium Erhöhung ist eine herabgesetzte Calcium Aufnahme durch Mitochondrien während Serien von Aktions Potenzialen. Diese Studie präsentiert eine umfassende Analyse mit einem Fluoreszens Konfokal Mikroskop über die Organisation und Fülle Synaptischer Vesikel (SVs), Mitochonrien und Aktin in Nervenendigungen von SMA Mäusen ( Smn -/-; SMN2; SMNdelta7). Wir visualisierten Synaptische Vesikel mit einem Antikörper gegen den Acetylcholin ( VACht) und konnten zeigen, dass im Transversus Abdominis (TVA) Muskel SV Klusters während des Reifungsprozesse klein verbleiben mit einer Reduzierung von 50% der totalen Fläche die von SVs bedeckt ist. Diese schwere Reduktion von SVs wurde auch im der kaudalen Muskelstrang des Levator auris longus (LAL) Muskel gefunden, obwohl nur leichte Veränderungen in der Postsynapse dieses Muskels festzustellen sind. Diese Ergebniss von Präsynaptischer Pathologie, neben fast normalen postsynaptischen Status, verstärkt die Hypothese dass SMN-induzierte Veränderungen im Muskel nicht auschließlich eine reine Konsequenz von Motor Neuron Degeneration sein können. Als Nächstes, haben wir Mitochondria mit Mitotracker angefärbt und haben gefunden, dass die Fläche,die von Mitochondrien in Mutanten Mäusen bedeckt ist, etwa nur die Hälfte der Fläche im Wild typ beträgt. Überraschenderweise waren SVs und Mitochondrien stak kolokalisiert. In vielen Fällen war ein Kern von Mitochondrien deutlich umgeben von einem Ring aus SVs. Diese Verteilung war unbeeinträchtig in der Mutanten Maus und könnte eine mehr generelle Bedeutung in Nervenendigungen haben. Phalloidin gefärbtes Aktin zeigte das F-aktin ringförmige Strukturen um SV Klusters formt. Diese Strukturen und der Prozentuale Anteil der Nervenendigung der von Aktin bedeckt ist, war geringer in SMA Mutanten Mäusen. Aktin ist an multiblen Schritten des Vesikel Zyklus beteiligt. Kurz Strecken-Transport von Vesikeln und Organellen, wie Mitochondrien in Wachstunskegeln und Nervendigungen ist vor allem vom aktin-myosin-basierten Transport abhängig. Weitere Arbeit ist notwendig um zu klären ob die Charakteristiken des SMA Phänotyps wie abnormales SV Klustering, Reduktion von Mitochondrien, unabhängig auftreten oder eine gemeinsame Konsequenz von einer Dysfunktion des Aktin Zytoskeleton sind, was Aktin eine Schlüsselrolle in der SMA Pathogenese verleihen würde.