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Myelin lipids are energy reserves in the nervous system

dc.contributor.advisorNave, Klaus-Armin Prof. Dr.
dc.contributor.authorAsadollahi, Ebrahim
dc.date.accessioned2021-03-18T09:25:09Z
dc.date.available2021-03-25T00:50:03Z
dc.date.issued2021-03-18
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/21.11130/00-1735-0000-0005-15A9-5
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-8099
dc.language.isoengde
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject.ddc570de
dc.titleMyelin lipids are energy reserves in the nervous systemde
dc.typedoctoralThesisde
dc.contributor.refereeNave, Klaus-Armin Prof. Dr.
dc.date.examination2020-04-17
dc.description.abstractgerDie neuronalen Funktionen hängen entscheidend von einer kontinuierlichen Glukosezufuhr ab, da eine anhaltende Hypoglykämie zu schweren Hirnschädigungen führen kann. Es ist überraschend, dass das Gehirn außer des astroglialen Glykogens keine sichtbaren Energiereserven besitzt. Myelin ist eine lipidreiche Membran, die Axone zur schnellen Reizleitung umhüllt. Myelinisierende Oligodendrozyten unterstützen auch den Stoffwechsel der Axone. Wir stellten daher die Hypothese auf, dass unter Hungerbedingungen, das Myelin selbst den Energiehaushalt der weißen Substanz unterstützen könnte. Am Modell des Sehnervs der Maus fanden wir heraus, dass Oligodendrozyten, nicht aber Astrozyten, den Glukoseentzug ex vivo bis zu 24 Stunden überleben. Darüber hinaus wurde beobachtet, dass die Myelindicke unter Hungerbedingungen abnimmt, unter anderem konnte gezeigt werden, dass die Hemmung der Beta-Oxidation einen massiven Zelltod im Sehnerv induziert. Diese Beobachtungen deuten darauf hin, dass aus Myelin freigesetzte Fettsäuren an der Unterstützung des Zellüberlebens unter Hungerbedingungen beteiligt sind. Maßgeblich ist, dass wir mittels Elektrophysiologie in Kombination mit Live-Bildgebung zeigten, dass der Fettsäurestoffwechsel die axonale ATP-Produktion und die Nervenleitung durch Störung der Beta-Oxidation unterstützt. Diese axonale Unterstützung hängt von der Fettsäure-Beta-Oxidation ab, an der Peroxisomen im Myelinkompartiment beteiligt sind. Um die reduzierte Verfügbarkeit von Glukose in lebenden Mäusen zu untersuchen, haben wir GLUT1 (Slc2a1) aus reifen Oligodendrozyten entfernt, was zu einem langsam fortschreitenden Myelinverlust führte. Wir schlagen daher ein überarbeitetes Modell für die Doppelfunktion der Oligodendrozyten vor, bei dem Myelin einen Energiepuffer bildet, der die axonale Degeneration verhindern kann, wenn die Glukoseverfügbarkeit gestört ist. Diese Ergebnisse könnten für Myelin-Anomalien relevant sein, die bei einer Reihe von neurodegenerativen Erkrankungen auftreten.de
dc.description.abstractengNeuronal functions critically depend on a continuous supply of glucose as prolonged hypoglycemia can lead to severe brain injury. It is surprising that except for astroglial glycogen the brain has no visible energy reserves. Myelin is a lipid-rich membrane that enwraps axons for fast impulse conduction. Myelinating oligodendrocytes also provide metabolic support to axons. We thus hypothesized that under starvation conditions myelin itself might support the white matter energy balance. Using the mouse optic nerve as a model, we found that oligodendrocytes but not astrocytes survive glucose deprivation ex vivo for up to 24 hours. In addition, myelin thickness was observed to decrease under starvation conditions and beta-oxidation inhibition was shown to induce massive cell death in the optic nerve. These observations suggest fatty acids (FAs) released from myelin are involved in supporting cell survival under starvation Importantly, using electrophysiology combined with live imaging we showed that FA metabolism supports axonal ATP production and nerve conduction by perturbing beta-oxidation. This axonal support depends on FA beta-oxidation involving peroxisomes in the myelin compartment. To study reduced glucose availability in live mice, we deleted GLUT1 (Slc2a1) from mature oligodendrocytes, which led to slowly progressive loss of myelin. We therefore suggest a revised model for the dual function of oligodendrocytes, with myelin constituting an energy buffer that can prevent axonal degeneration when glucose availability is perturbed. These findings may be relevant for myelin abnormalities found in a range of neurodegenerative disease.de
dc.contributor.coRefereeSchu, Peter Prof. Dr.
dc.contributor.thirdRefereeRaimundo, Nuno Dr.
dc.contributor.thirdRefereeGöpfert, Martin Prof. Dr.
dc.contributor.thirdRefereeEhrenreich, Hannelore Prof. Dr. Dr
dc.contributor.thirdRefereeHeinrich, Ralf Prof. Dr.
dc.subject.engMyelinde
dc.subject.engFatty acidsde
dc.subject.engBeta-oxidationde
dc.subject.engMitochondriade
dc.subject.engNervous systemde
dc.subject.engoligodendrocytede
dc.subject.engEnergy reservesde
dc.subject.engPeroxisomede
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-21.11130/00-1735-0000-0005-15A9-5-3
dc.affiliation.instituteBiologische Fakultät für Biologie und Psychologiede
dc.subject.gokfullBiologie (PPN619462639)de
dc.description.embargoed2021-03-25
dc.identifier.ppn1751838552


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