MedUni Wien entdeckt Mechanismus für Muskelsteuerung
Mona Hopfinger
Ein Team der Medizinischen Universität Wien hat einen bisher unbekannten molekularen Mechanismus entdeckt, der die Verbindung zwischen Nerven und Muskeln dauerhaft stabil hält. Die Erkenntnisse könnten zum besseren Verständnis neuromuskulärer Erkrankungen beitragen.
Wissenschafter:innen der MedUni Wien haben untersucht, wie die Verbindung zwischen Nervenzellen und Muskeln langfristig stabil bleibt. Dabei stießen sie auf einen molekularen Mechanismus, der für die verlässliche Übertragung von Nervensignalen auf die Muskulatur bedeutend ist. Die Studie unter Leitung von Ruth Herbst vom Institut für Spezifische Prophylaxe und Tropenmedizin am Zentrum für Pathophysiologie, Infektiologie und Immunologie wurde im Fachjournal Cell Chemical Biology veröffentlicht.
Wie Nervensignale auf Muskeln übertragen werden
Damit sich ein Skelettmuskel zusammenzieht, müssen Signale von Nervenzellen auf Muskelfasern übertragen werden. Das passiert an spezialisierten Kontaktstellen, den neuromuskulären Synapsen. Dort sitzen Acetylcholinrezeptoren, die den Botenstoff Acetylcholin erkennen, den die Nervenzellen freisetzen. Für eine zuverlässige Signalübertragung müssen diese Rezeptoren dicht angeordnet und dauerhaft an der Muskeloberfläche verankert sein. Das Protein MuSK spielt bei der Organisation dieser Kontaktstellen eine zentrale Rolle. Wie es die notwendigen molekularen Prozesse steuert, war bisher nur teilweise verstanden.
Das Forschungsteam um Studienleiterin Ruth Herbst und Erstautorin Cinzia Barresi untersuchte mit modernen molekularbiologischen Methoden, welche Proteine mit MuSK zusammenwirken. Dabei identifizierten die Forschenden 74 Proteine, die mit dem Signalnetzwerk in Verbindung stehen. Im Fokus der weiteren Untersuchungen stand das Protein Rapgef1, dessen Funktion in diesem Zusammenhang bisher unbekannt war.
Die Ergebnisse zeigen: Das Protein Rapgef1 gehört über weitere Proteine zum MuSK-Signalnetzwerk. Es spielt eine wichtige Rolle dabei, die Acetylcholinrezeptoren richtig anzuordnen und festzuhalten.
Fehlendes Protein beeinträchtigt Struktur
In weiteren Versuchen schauten die Forschenden, was passiert, wenn Rapgef1 fehlt. Dann sind die Acetylcholinrezeptoren nicht mehr richtig angeordnet. Auch Synapsen zwischen Nerv und Muskel (neuromuskuläre Synapsen), die schon fertig waren, verloren ihre geordnete Struktur. Das geschah, als man das Protein gezielt in erwachsenen Muskeln abschaltete.
Die Ergebnisse legen nahe: Rapgef1 hilft entscheidend dabei, die Rezeptoren fest an der Muskeloberfläche zu halten. Das Protein ist also wichtig für den Aufbau der neuromuskulären Synapsen und dafür, dass sie langfristig erhalten bleiben. „Besonders aufschlussreich ist, dass Rapgef1 auch für die Stabilität bereits bestehender neuromuskulärer Synapsen benötigt wird. Damit haben wir einen weiteren Mechanismus aufgeklärt, der dazu beiträgt, die Funktion dieser wichtigen Kontaktstellen langfristig zu erhalten“, so Ruth Herbst.
Relevanz für neuromuskuläre Erkrankungen
Wenn die Kontaktstellen zwischen Nerven und Muskeln gestört sind, kann das Muskelschwäche auslösen. Auch neuromuskuläre Krankheiten (Erkrankungen von Nerven und Muskeln) wie Myasthenia gravis und das kongenitale myasthene Syndrom können die Folge sein. Rapgef1 wurde nun als wichtiger Teil des MuSK-Signalnetzwerks erkannt. Dadurch versteht man besser, wie diese Verbindungen auf molekularer Ebene funktionieren. Die Erkenntnisse könnten später neue Ansätze für die Forschung zu solchen Krankheiten bringen. Ob daraus Therapien werden, müssen weitere Studien klären.
Den Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) bezahlte die Arbeit. Beteiligt waren Forschende der Universität Basel, der Universität Wien und der Max Perutz Labs.
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