"Garbage enzyme" laat zenuwcellen groeien

Regulator van dendritische ontwikkeling in de jonge hersenen geïdentificeerd

In de hersenen van muizen die Nedd4-1 niet kunnen produceren, zijn de uitbreidingen van zenuwcellen korter en veel eenvoudiger (boven) dan in de hersenen van normale muizen (onder). © Hiroshi Kawabe
voorlezen

Een enzym dat eigenlijk tot de afvalinzameling van de cel behoort, zorgt ervoor dat zenuwcellen in de hersenen groeien en complexe netwerken vormen. Zoals onderzoekers in het tijdschrift "Neuron" melden, reguleert het enzym de vernietiging van eiwitbouwstenen, maar bevordert het ook de vorming van dendrieten, de belangrijke verbindingen tussen de hersencellen.

Om signalen van andere cellen te kunnen ontvangen, vormen zenuwcellen dendrieten, gecompliceerde processen die de neuronen verbinden. Ze groeien tijdens de late embryonale en vroege kinderjaren van de hersenen van de 100 miljard zenuwcellen van onze hersenen tot een zeer complex netwerk van zenuwcellen dat alle lichaamsfuncties regelt - van ademhaling tot complexe leerprocessen. De uitgroei van de dendrieten wordt geregeld door tal van signaalprocessen. Ze regelen de richting en snelheid van de groei van dendriet door de structuur van het cytoskelet te beïnvloeden, dat verantwoordelijk is voor de vorm en uitbreiding ervan in het uitgroeiende dendriet.

Enzym gelabeld eiwitafval ...

Hoe de groei van het cytoskelet tijdens de ontwikkeling van dendriet precies wordt gecontroleerd, heeft de hersenonderzoeker van Göttingen Hiroshi Kawabe nu ontdekt. De Japanse gastwetenschapper aan het Max Planck Instituut voor Experimentele Geneeskunde ontdekte zijn eigen

genetisch gemodificeerde muizen waarvan het enzym Nedd4-1 onmisbaar is voor normale dendritische groei. Nedd4-1 is een enzym dat de afbraak van eiwitbouwstenen in cellen regelt door ze te koppelen aan een ander eiwit dat ubiquitine wordt genoemd. Dergelijke ubiquitinemoleculen worden door de cel herkend als "afval" en afgebroken.

... en laat dendrieten groeien

In sommige gevallen degradeert ubiquitinatie het gelabelde eiwit echter niet maar verandert het de functie ervan. Kawabe heeft nu aangetoond dat het enzym Nedd4-1 een signaaleiwit genaamd Rap2 ubiquitineert, waardoor het het cytoskelet niet kan verstoren en afbraak van de dendrieten kan veroorzaken. tonen

"Zolang Nedd4-1 actief is, kunnen de zenuwcel-dendrieten normaal groeien", zegt Kawabe. "Als dat zo is, stopt de groei van dendriet en vallen de gevormde dendrieten ineen, met dramatische gevolgen voor de functie van zenuwcelnetwerken in de hersenen." Er zijn echter waarschijnlijk een aantal parallelle signaalpaden die de groei van dendriet regelen. Dit verklaart waarom zenuwcellen zelfs zonder Nedd4-1 dendrieten kunnen vormen - zij het aanzienlijk minder en korter. Het Nedd4 / Rap2 / TNIK-mechanisme zou dan slechts een van de vele zijn die elkaar gedeeltelijk kunnen compenseren.

De ontdekking van Kawabe biedt een belangrijk nieuw inzicht in de mechanismen die de ontwikkeling van de hersenen regelen. "Het is eigenlijk verrassend dat niemand het nog heeft onderzocht", zegt de biochemicus. Omdat het al lang bekend is dat Nedd4-1 een van de meest voorkomende ubiquitinatie-enzymen in zenuwcellen is en met name vaak wordt gegenereerd in de groeifase van zenuwcellen en dendrieten. Kawabe meldt dat de functie van Nedd4-1 in tientallen onderzoeken is onderzocht. "Maar er zijn geen werken aan zijn rol in zenuwcellen, hoewel ze zo duidelijk zouden zijn geweest."

(Max Planck Society, 17.02.2010 - NPO)