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Wie sich zerstörte Nervenbahnen im Muskel regenerieren

25.07.2019

Nach einer Verletzung der neuromuskulären Endplatte, der Verbindung zwischen Nerven- und Muskelfaser, übernimmt der Proteinkomplex mTORC1 eine wichtige Funktion bei der Heilung. Forschende am Biozentrum der Universität Basel haben nun gezeigt, dass die Aktivierung des Proteinkomplexes mTORC1 ausgewogen sein muss, damit die Reparatur gelingt. Die in «Nature Communications» veröffentlichte Studie liefert auch neue Erkenntnisse für altersbedingte Muskelschwäche.

Der Proteinkomplex mTORC1 fördert das Muskelwachstum und ist wichtig für die Selbstreinigung der Muskelzellen. Welche Funktion mTORC1 nach einer Verletzung der neuromuskulären Endplatte übernimmt, war bislang unklar. Neue Erkenntnisse liefert nun das Forschungsteam von Prof. Markus Rüegg am Biozentrum der Universität Basel.


Funktionsfähige Nervenverbindung im Muskel: Der Nerv (blau) mit seinen präsynaptischen Nervenenden (rot) sowie den postsynaptischen Rezeptoren im Skelettmuskel (grün).

Bild: Universität Basel, Biozentrum

Funktion von mTORC1

In unserem Körper sind Nerven und Muskeln durch neuromuskuläre Kontaktstellen miteinander verbunden, der sogenannten neuromuskulären Endplatte. Dies ist eine Synapse, die Signale zwischen Nervenfasern und Muskelfasern überträgt.

Wird diese Nervenverbindung unterbrochen oder verletzt, ist der Muskel in seiner Funktion eingeschränkt und geschwächt. Das Besondere an diesen Synapsen ist jedoch, dass sie wieder repariert werden können. Rüeggs Forschungsteam hat nun die Funktion von mTORC1 nach einer Verletzung der neuromuskulären Endplatte im Mausmodell genauer untersucht.

Für die Funktion von mTORC1 im Muskel war bislang lediglich nachgewiesen, welche Rolle der Proteinkomplex für die Förderung des Muskelwachstums und die Selbstreinigung der Zellen übernimmt. «Wir konnten nun zeigen, dass mTORC1 darüber hinaus eine wichtige Rolle bei der Regeneration der neuromuskulären Endplatte übernimmt», erklärt Perrine Castets, Erstautorin der Studie.

mTORC1 im Gleichgewicht

Damit mTORC1 seine Funktion ausüben und auf den Muskel und die Regeneration der Nervenverletzung einwirken kann, muss es zuvor von der Proteinkinase PKB/Akt aktiviert werden. Darüber hinaus zeigt Rüeggs Studie, dass der Proteinkomplex mTORC1 weder zu stark, noch in zu geringem Masse aktiviert werden darf, damit die Regeneration der Synapse gelingt.

Dabei zeigte sich zudem eine Rückkopplung mit der Kinase PKB/Akt: «Wird mTORC1 zu stark aktiviert, kommt es zu einer Hemmung dieser Kinase. Dies führt dazu, dass die Regeneration der neuromuskulären Endplatte gestört ist. Die Aktivierung durch PKB/Akt sorgt somit dafür, dass der Heilungsprozess adäquat verläuft», so Castets.

Die neu beschriebene Funktion von mTORC1 könnte auch eine Erklärung für die Entstehung der altersbedingten Muskelschwäche beim Menschen liefern. Diese wird ebenfalls durch eine sich ändernde neuromuskuläre Endplatte und möglicherweise durch eine Überaktivierung von mTORC1 ausgelöst.

«Durch die Studie verstehen wir den Mechanismus bei der Wiederherstellung der neuromuskulären Endplatte nun besser. Vielleicht können wir daraus nun auch Möglichkeiten ableiten, den altersbedingten Defiziten und Strukturveränderungen auf therapeutischem Wege entgegenzuwirken und damit die Leistungs- und Funktionsfähigkeit der Muskeln im Alter besser aufrechterhalten», so Rüegg.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Markus Rüegg, Universität Basel, Biozentrum, Tel. +41 61 207 22 23, E-Mail: markus-a.ruegg@unibas.ch
Heike Sacher, Universität Basel, Biozentrum, Kommunikation, Tel. +41 61 207 14 49, E-Mail: heike.sacher@unibas.ch

Originalpublikation:

Perrine Castets, Nathalie Rion, Marine Théodore, Denis Falcetta, Shuo Lin, Markus Reischl, Franziska Wild, Laurent Guérard, Christopher Eickhorst, Marielle Brockhoff, Maitea Guridi, Chikwendu Ibebunjo, Joseph Cruz, Michael Sinnreich, Rüdiger Rudolf, David J. Glass & Markus A. Rüegg
mTORC1 and PKB/Akt control the muscle response to denervation by regulating autophagy and HDAC4
Nature Communications (2019), doi: 10.1038/s41467-019-11227-4

Reto Caluori | Universität Basel

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