Salk-Wissenschaftler entdecken neue Hinweise zur Reparatur eines verletzten Rückenmarks

Salk-Wissenschaftler entdecken neue Hinweise zur Reparatur eines verletzten Rückenmarks

Wissenschaftler hoffen, eine Strategie von einfacheren Tieren übernehmen zu können, um beschädigte Rückenmarksnerven beim Menschen zu reparieren.

LA JOLLA – Frösche, Hunde, Wale und Schnecken können das alle, aber Menschen und Primaten können es nicht. Das heißt, dass die Nerven nach einer Verletzung nachwachsen – während viele Tiere über diese Fähigkeit verfügen, Menschen nicht. Neue Forschungsergebnisse des Salk Institute deuten jedoch darauf hin, dass ein kleines Molekül beschädigte Nerven zum Wachstum bewegen und Schaltkreise effektiv neu verdrahten kann. Eine solche Leistung könnte letztendlich zu Therapien für Tausende von Amerikanern mit schweren Rückenmarksverletzungen und Lähmungen führen.

„Diese Forschung impliziert, dass wir möglicherweise in der Lage sein könnten, neuronale Reparaturprozesse nachzuahmen, die auf natürliche Weise bei niederen Tieren ablaufen, was sehr spannend wäre“, sagt der leitende Autor der Studie und Salk-Professor Kuo-Fen Lee. Die Ergebnisse wurden heute in veröffentlicht PLoS Biology.

Damit ein geschädigter Nerv seine Funktion wiedererlangen kann, müssen seine langen, signalübertragenden Fortsätze, sogenannte Axone, wachsen und neue Verbindungen zu anderen Zellen herstellen.

Das Vorhandensein von p45 (grüne Färbung) und p75 (rote Färbung) weist darauf hin, dass Motoneuronen nach einer Ischiasnervverletzung bei einem Tier sowohl die p45- als auch die p75-Expression erhöhen.

Hier klicken für ein hochauflösendes Bild.

Bild: Mit freundlicher Genehmigung des Salk Institute for Biological Studies

In einer Studie veröffentlicht letzten Sommer in PLoS ONELee und seine Kollegen fanden heraus, dass das Protein p45 die Nervenregeneration fördert, indem es verhindert, dass die Axonhülle (bekannt als Myelin) das Nachwachsen hemmt. Menschen, Primaten und einige andere fortgeschrittenere Wirbeltiere verfügen jedoch nicht über p45. Stattdessen entdeckten die Forscher ein anderes Protein, p75, das sich an das Myelin des Axons bindet, wenn bei diesen Tieren eine Nervenschädigung auftritt. Anstatt die Nervenregeneration zu fördern, stoppt p75 tatsächlich das Wachstum geschädigter Nerven.

„Wir wissen nicht, warum diese Nervenregeneration beim Menschen nicht stattfindet. Wir können spekulieren, dass das Gehirn über so viele neuronale Verbindungen verfügt, dass diese Regeneration nicht unbedingt notwendig ist“, sagt Lee.

In der heute veröffentlichten Studie untersuchten die Wissenschaftler, wie sich zwei p75-Proteine ​​​​aneinanderbinden und ein Paar bilden, das sich an die vom beschädigten Myelin freigesetzten Inhibitoren anheftet.

Durch die Untersuchung der Konfigurationen der Proteine ​​in Lösungen mithilfe der Kernspinresonanztechnik (NMR) fanden die Forscher heraus, dass das wachstumsfördernde p45 die p75-Paarung stören könnte.

Kuo-Fen Lee, Professor an den Laboratorien der Clayton Foundation für Peptidbiologie in Salk

Hier klicken für ein hochauflösendes Bild.

Bild: Mit freundlicher Genehmigung des Salk Institute for Biological Studies

„Aus Gründen, die nicht verstanden werden, bricht p45 das Paar auseinander, wenn es hereinkommt“, sagt Lee, Inhaber des Helen McLoraine Lehrstuhl für Molekulare Neurobiologie.

Darüber hinaus war das p45-Protein in der Lage, an die spezifische Region im p75-Protein zu binden, die für die Bildung des p75-Paares entscheidend ist, wodurch die Menge an p75-Paaren verringert wurde, die an die Ausschüttung von Inhibitoren aus dem Myelin binden. Da weniger p75-Paare zur Bindung an Inhibitorsignale zur Verfügung standen, konnten Axone nachwachsen.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein Wirkstoff – entweder p45 oder ein anderes störendes Molekül – der das p75-Paar wirksam aufbrechen kann, eine mögliche Therapie für Rückenmarksschäden darstellen könnte.

Eine Therapiemethode könnte darin bestehen, mehr p45-Protein in verletzte Neuronen einzuführen, aber eine intelligentere Taktik könnte darin bestehen, ein kleines Molekül einzuführen, das die Verbindung zwischen den beiden p75-Proteinen blockiert, sagt Lee. „Ein solcher Wirkstoff könnte möglicherweise durch die Blut-Hirn-Schranke und an die Stelle der Rückenmarksverletzung gelangen“, sagt er.

Der nächste Schritt wird sein, herauszufinden, ob die Einführung von p45 dabei hilft, geschädigte menschliche Nerven zu regenerieren. „Das hoffen wir in Zukunft zu tun“, sagt Lee.

Bei dieser Arbeit arbeiteten mit Lee Tsung-Chang Sung, Zhijiang Chen und Jiqing Xu vom Salk Institute zusammen; Marçal Vilar, Irmina Garcia-Carpio und Eva M. Fernandez von der Abteilung für Neurodegeneration, UFIEC-ISCIII, in Madrid, Spanien; und Roland Reik vom Labor für Physikalische Chemie der ETH Zürich in Zürich, Schweiz.

Diese Forschung wurde durch Zuschüsse der unterstützt National Institutes of Health, Muskeldystrophie-Vereinigung und Clayton-Stiftung.

Über das Salk Institute for Biological Studies:
Das Salk Institute for Biological Studies ist eine der weltweit herausragenden Grundlagenforschungseinrichtungen, in der international renommierte Dozenten in einem einzigartigen, kollaborativen und kreativen Umfeld grundlegende Fragen der Biowissenschaften untersuchen. Salk-Wissenschaftler konzentrieren sich sowohl auf Entdeckungen als auch auf die Betreuung zukünftiger Forschergenerationen und leisten bahnbrechende Beiträge zu unserem Verständnis von Krebs, Alterung, Alzheimer, Diabetes und Infektionskrankheiten, indem sie Neurowissenschaften, Genetik, Zell- und Pflanzenbiologie und verwandte Disziplinen studieren.

Die Leistungen der Fakultät wurden mit zahlreichen Ehrungen gewürdigt, darunter Nobelpreise und Mitgliedschaften in der National Academy of Sciences. Das 1960 vom Polioimpfpionier Jonas Salk, MD, gegründete Institut ist eine unabhängige gemeinnützige Organisation und ein architektonisches Wahrzeichen.