Nervenzellen bilden ein komplexes Netzwerk von Fortsätzen, den

Nervenzellen bilden ein komplexes Netzwerk von Fortsätzen, den sogenannten
Neuriten. Die genaue Kontrolle über diesen Prozess ist essentiell für die normale
Entwicklung und Funktion des Gehirns. Selbst kleine Veränderungen in der Struktur
oder Stabilität der Neuriten kann zur Degeneration der Nervenzellen, Demenz oder
Psychosen führen. Aktuelle Therapieansätze für derartige Krankheitsbilder basieren
jedoch nur auf unvollständigen Informationen. Um diese Behandlungsmöglichkeiten
zu verbessern, ist ein besseres und vollständiges Verständnis der zugrunde
liegenden biologischen Systeme erforderlich.
In diesem Projekt untersuchen wir das neuronale Zytoskelett, insbesondere die Rolle
der beiden Hauptkomponenten Mikrotubuli und Aktin. Durch das Zusammenspiel
zahlreicher
"molekularen
Maschinen"
werden
diese
Komponenten
in
der
Entwicklung, Funktion und Reparatur des Gehirns kontinuierlich umorganisiert. Zur
Analyse
der
zugrundeliegenden
Mechanismen
verwenden
wir
einen
multidisziplinären Forschungsansatz der sowohl High-Content Screening als auch
zeitaufgelöste Mikroskopie einschließt. Basierend auf detaillierten mikroskopischen
Aktivitätsmessungen und Manipulationen einzelner Regulatoren erstellen wir ein
computergestützes Modell des neuronalen Zytoskeletts. Dieses Modell dient als
Leitfaden für weiterführende Studien der neuronalen Entwicklung.
Abb. 1: Das Zytoskelett während
der Ausbildung eines Fortsatzes.
Die beiden Hauptkomponenten des
Zytoskeletts: Mikrotubuli (grün) und
Aktin (rot) bilden polymere Strukturen,
welche eine Schlüsselrolle in der
neuronalen Entwicklung spielen.
Film 1: Dynamische Interaktionen zwischen
dem
Mikrotubuli
(grün)
und
Aktin
(rot)
Zytoskelett in neuronalen Zellen. Zahlreiche
Aspekte der Interaktion zwischen den beiden
Systemen
wurden
mit
Hilfe
fluoreszierender
Proteine und Videomikroskopie untersucht.
AVI high / AVI low / QT high / QT low
Beteiligte Personen:
Leif Dehmelt – Gruppenleiter
Julia Arens – Doktorandin
Silke Gandor – Doktorandin
Magda Krejczy – Studentische Hilfskraft
Anja Biesemann – Master-Studentin
Verena Hannak – Master-Studentin
Pia Jeggle – Master-Studentin
Relevante Publikationen:
Halpain S, Calabrese B, and Dehmelt L. Actin Cytoskeleton in Growth Cones, Nerve
Terminals, and Dendritic Spines. New Encyclopedia for Neuroscience, (Ed. Larry Squire) (in
press).
Dehmelt L, Halpain S. (2007): Neurite Outgrowth: A Flick of the Wrist. Curr Biol 17:R611R614
Dehmelt L, Nalbant P, Steffen W, Halpain S. (2006): A Microtubule-Based, DyneinDependent Force Induces Local Cell Protrusions: Implications for Neurite Initiation. Brain Cell
Biology 35:39-56
Halpain S, Dehmelt L. (2006): The MAP1 family of microtubule-associated proteins.
Genome Biology ;7:224.
Dehmelt L, Halpain S. (2005): MAP2/tau family proteins. Genome Biology 6:204
Roger B, Al-Bassam J, Dehmelt L, Milligan RA, Halpain S. (2004): MAP2c, but not tau, binds
and bundles F-actin via its microtubule binding domain. Curr Biol 14:363-71 (featured in
N&V, Nature Cell Biology 6:390)
Dehmelt L, Halpain S. (2004): Actin and microtubules in neurite initiation: are MAPs the
missing link? J Neurobiol 58:18-33
Dehmelt L, Smart FM, Ozer RS, Halpain S (2003): The role of microtubule-associated
protein 2c in the reorganization of microtubules and lamellipodia during neurite initiation. J
Neurosci 23:9479-90 (cover illustration)