Rolle des Endoplasmatischen Retikulums und exzitotoxischer Kalziumdysregulation bei Motoneurondegeneration zur Klärung der Pathogenese der Amyotrophen Lateralsklerose

The fatal neurodegenerative disease Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) primarily affects the motor system and is caused by mutations of the Cu/Zn superoxidedismutase gene (SOD1) in 1-2% of cases. Selectively vulnerable motoneurons degenerate with signs of mitochondrial dysfunction and disturbed protein processing which may be the result of chronic excitoxicity. The project aims to identify the molecular mechanisms linking AMPA receptor activation, calcium-induced calcium release, mitochondrial function and protein processing in the endoplasmic reticulum (ER). The applicant¿s model of cyclic calcium signalling between the ER and mitochondria driven by AMPA receptor activation generates basic hypotheses. In hybrid NSC34 cells, motoneuron cultures and Zebra fish motoneurons fluorescent calcium probes targeted to mitochondria and ER report the calcium dynamics during AMPA receptor activation. Tagged fluorescent proteins indicate protein folding in the ER in native and excitotoxic conditions created by altering the kinetics of AMPA receptors. The impact of mutant human SOD1 on mitochondrial function and ER protein processing will be studied. Targets of future drug therapy will be identified.

Um die Ursachen der bislang unbehandelbaren, tödlich verlaufenden neurodegenerativen Erkrankung Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) besser zu verstehen, wurden in diesem Projekt kalziumabhängige Signalwege näher untersucht. Insbesondere in Motoneuronen, die bei ALS zugrunde gehen, spielt die Kommunikation zwischen den Energielieferanten von Zellen, den Mitochondrien, und dem Eiweißfaltungsapparat, dem Endoplasmatischen Retikulum (ER), eine große Rolle. So wird auf Signale von Synapsen hin Kalzium aus dem ER freigesetzL und von Mitochondrien aufgenommen, was beide Zellorganellen als Signal für gesteigerte Aktivierung wahrnehmen. Kommt es nun zu einer übermäßigen Verschiebung von Kalzium aus dem ER in Mitochondrien, kann des zu einer Störung dieses ER-Mitochondrien genannten Kalziumzyklusses (ERMCC) kommen. Mittels moderner Live Imaging Mikroskopie und Fluoreszenzfarbstoffen und fluoreszierenden Eiweißstoffen ist es gelungen, diese Kalziumverschiebung in einem ZellmodeH der ALS in Echtzeit darzustellen. Nach einigen Aufbauarbeiten konnte mit diesen Techniken eine Störung des ERMCC nachgewiesen werden, die durch die Anwesenheit G93A mutierter Superoxiddismutase verursacht wird. Dieses Enzym trägt zur Entgiftung von Sauerstoffradikalen bei, verursacht aber in mutierter Form beim Menschen ALS. Somit konnte ein Beitrag zum Verständnis der ALS verursachenden Störung auf Zellebene geleistet werden, der in Zukunft möglicherweise einen neuen Ansatz in der Entwicklung von Medikamenten zum Schutz vor neurodenerativen Erkrankungen leistet. Im Einzelnen müssen die vorliegenden Ergebnisse noch in Tiermodellen der ALS überprüft, und mögliche ERMCC stabilisierende Substanzen identifiziert werden, die zur Anwendung am Menschen weiterentwickelt werden könnten.