Amyotrophic lateral sclerosis and spinal muscular atrophy are the two most common motoneuron diseases. Both are characterized by destabilization of axon terminals, axon degeneration and alterations in neuronal cytoskeleton. Accumulation of neurofilaments has been observed in several neurodegenerative diseases but the mechanisms how elevated neurofilament levels destabilize axons are unknown so far. Here, I show that increased neurofilament expression in motor nerves of pmn mutant mice causes disturbed microtubule dynamics. Depletion of neurofilament by Nefl knockout increases the number and regrowth of microtubules in pmn mutant motoneurons and restores axon elongation. This effect is mediated by interaction of neurofilament with the stathmin complex. Depletion of neurofilament increases stathmin-Stat3 interaction and stabilizes the microtubules. Consequently, the axonal maintenance is improved and the pmn mutant mice survive longer. We propose that this mechanism could also be relevant for other neurodegenerative diseases in which neurofilament accumulation is a prominent feature.
Next, using Smn-/-;SMN2 mouse as a model, the molecular mechanism behind synapse loss in SMA is studied. SMA is characterized by degeneration of lower α-motoneurons in spinal cord; however, how reduction of ubiquitously expressed SMN leads to MN-specific degeneration remains unclear. SMN is involved in pre-mRNA splicing (Pellizzoni, Kataoka et al. 1998) and its deficiency in SMA affects the splicing machinery. Neuromuscular junction denervation precedes neurodegeneration in SMA. However, there is no evidence of a link between aberrant splicing of transcripts downstream of Smn and reduced presynaptic axon excitability observed in SMA. In this study, we observed that expression and splicing of Nrxn2, that encodes a presynaptic protein is affected in the SMA mouse and that Nrxn2 could be a candidate that relates aberrant splicing to synaptic motoneuron defects in SMA. / Die Amyotrophe Lateralsklerose und die spinale Muskelatrophie sind die beiden häufigsten Formen der Motoneuronerkrankungen. Sie sind charakterisiert durch eine Destabilisierung der Axonendigungen, durch Axondegeneration und durch Änderungen im neuronalen Zytoskelett. Eine Anhäufung von Neurofilamenten konnte in einigen neurodegenerativen Erkrankungen beobachtet werden. Der genaue Mechanismus, welcher zu einer Destabilisierung des Axons führt, ist bis heute jedoch unklar. Hiermit zeige ich, dass eine gesteigerte Expression von Neurofilamenten in motorischen Nerven von pmn mutierten Mäusen zu einer Störung der Mikrotubuli – Dynamik führt. Ein Neurofilamentabbau durch Nefl knockout steigert die Anzahl an neu wachsenden Mikrotubuli in pmn mutierten Motoneuronen und führt zu erneutem Axonwachstum. Dieser Effekt wird durch eine Interaktion zwischen dem Neurofilament und dem Stathmin Komplex vermittelt. Ein Abbau des Neurofilaments führt zu einer Erhöhung der Stathmin-Stat3 Interaktion und zu einer Stabilisierung der Mikrotubuli. Demzufolge ist die Versorgung der Axone verbessert und die pmn mutierten Mäuse überleben länger. Wir vermuten, dass dieser Mechanismus auch für andere neurodegenerative Erkrankungen, bei denen Neurofilamentanhäufung ein dominantes Merkmal ist, relevant sein könnte.
Des Weiteren studierte ich mit Hilfe des Smn-/-;SMN2 Mausmodels, den molekularen Mechanismus der sich hinter dem Synapsenverlust bei SMA verbirgt. SMA ist charakterisiert durch eine Degeneration der unteren -Motoneuronen im Rückenmark. Es ist jedoch unklar, wie ein Verlust des ubiquitär exprimierten SMN Proteins zu einer MN-spezifischen Degeneration führt. Smn ist involviert in den Prozess des pre-mRNA Splicing (Pellizzoni, Kataoka et al. 1998) und ein Verlust des Proteins führt zu einer Störung des Splicing. Eine Denervierung der motorischen Endplatte führt zu einer Neurodegeneration in SMA. Es gibt jedoch keinen Hinweis auf eine kausale Verbindung zwischen anomalem Splicen von stromabwärts gelegenen Transkripten des Smn und einer Reduktion präsynaptischer Axone, wie man es bei SMA beobachten kann. In dieser Studie konnten wir beobachten, dass Expression und Splicing von Nrxn2, welches für ein präsynaptisches Protein kodiert, in SMA Mäusen betroffen ist und dass Nrxn2 ein Kandidat sein könnte, der eine Verbindung zwischen Störungen im Splice Prozess und synaptischen Motoneuron-Defekten in der SMA herstellen könnte.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:13809 |
| Date | January 2016 |
| Creators | Yadav, Preeti |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | English |
| Detected Language | German |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/de/deed.de, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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