Teilprojekt 12

 

Nucleoredoxin als Regulator neuronaler Aktivität und Plastizität



Leitung:

Prof. Dr. Irmgard Tegeder
Institut fĂĽr Klinische Pharmakologie
Goethe-Universität, Frankfurt am Main

Fachgebiet:

Pharmakologie, Schmerz- und EntzĂĽndungsforschung

Zusammenfassung:

Wir haben uns zu Beginn die Frage gestellt, inwieweit Veränderungen im neuronalen Redox-Gleichgewicht zur Entstehung und Chronifizierung neuropathischer Schmerzen beitragen, mit einem besonderen Fokus auf den Tetrahydrobiopterin/Stickstoffmonoxid (BH4/NO)-Signalweg. Durch Redox-Proteom-Analysen in einem Neuropathie-Modell der Maus konnten zwei Haupt-Redoxziele im Rückenmark-Proteom identifiziert werden. Dies waren heat shock cognate HSC70, ein Schlüsselprotein für "chaperone-mediated-autophagy" (CMA) und Endozytose sowie die Ubiquitin-E2-Ligase UBE2D. Die Ergebnisse wurden in einem neuronalen in vitro-Modell mit konstitutiver NOS-Expression reproduziert und funktionell analysiert. Das identifizierte Ziel-Cystein, Cys17 in HSC70, ist essenziell für die ATP-Bindung. Cys86 von UBE2D liegt im katalytischen Zentrum und ist für die Ubiquitylierung essenziell. Infolge der konstitutiv hohen Expression der neuronalen NOS waren CMA und Proteasom-vermittelter Proteinabbau beeinträchtig, was zu Proteinakkumulation und vorzeitiger Zellalterung führte und im Einklang mit hoher neuronaler NOS-Expression im alternden Gehirn steht.
Fluktuierende Redox-Änderungen hatten jedoch positive Effekte auf die neuronal Regeneration. Oxidierung und damit Dimerisierung sowie Aktivierung der cGMP-abhängigen Proteinkinase, PKG1 förderte den Kollapse der Wachstumskegel, während PKG-Inaktivierung das vortreibende Wachstum förderte. Pathfinding und Reinnervation war nur möglich durch dieses Wechselspiel. Die Redox-abhängige Dualität zeigte sich in einem weiteren neu identifizierten Paar, der Calcium-Calmodulin-Kinase 2 (Camk2a) und Nucleoreoxin (NXN). Proteom, Interaktom und funktionelle in vitro- und in vivo- (Maus) Untersuchungen zeigten, dass NXN den Redox-Status von Camk2a reguliert, damit die Kinase-Aktivität kontrolliert und ein Fehlen von NXN Hippocampus-abhängige Lernvorgänge beeinträchtigt.

Links:

Institut fĂĽr Klinische Pharmakologie (http://www.kgu.de/zpharm/klin/)