Vermeidung von 'Verkehrsstaus’ bei menschlichen ALS-Motoneuronen

Ein Forscherteam der VIB und KU Leuven hat Stammzelltechnologie verwendet zur Erzeugung von Motoneuronen bei ALS Patienten die Träger von Mutationen sind in FUS. Sie entdeckten ein gestörter Axonaltransport in diese Motoneuronen, aber identifizierten ebenfalls genetische und pharmakologische Strategien die diesen Effekt abschwächen. 

Amyotrophische laterale sklerose (ALS) ist ein tödlicher, unheilbarer, neurodegenerativer Zustand. Die Patienten erfahren eine progressive Lähmung weil die obersten und untersten Motoneuronen langsam sterben. 
Es gibt keine eindeutige Antwort auf die Frage der gezielten Degeneration dieser Motoneuronen. Auf Grund von verschiedener Angaben kam man zur ‘dying-back’ Hypothese, die postuliert daB ALS bewirkt, dass distale Axone ihre Funktion verlieren und sich zurückziehen. Das wȕrde erklären  warum die längsten und am energieaufwändigsten Motoneuronen am meisten gefährdet sind.  

FUS und Transporstörung 

Genetische Formen von ALS sind selten, aber können wichtige Einblicke gewähren in den Krankheitsmechanismen. Eine der vier wichtigsten mutierten Genen bei den Familienformen von ALS ist FUS. 
In Zusammenarbeit mit dem Verfaillie-Labor an der KU Leuven erstellte das Team von  prof. Ludo Van Den Bosch (VIB-KU Leuven) induzierte pluripotente Stammzellen von ALS Patienten mit verschiedenen FUS-Bewegungen. Auf diese Weise gelang es ihnen ein neues menschliches neuronales Modell zu erzeugen hinsichtlich der Krankheit. Motoneuronen abgeleitet von diesen Stammzellen zeigten nicht nur typische zytoplasmatische FUS-Fehlplatzierungen sowie Hypoerregbarkeit, sondern auch fortschreitende Störungen des axonalen Transports von verschiedenen Ladungen, ein pathologischer Hinweis der nie zuvor in diesen Zellen festgestellt wurde. 

Dr. Wenting Guo, einer der Hauptuntersuchungsleiter der Studie, erklärt: “Distale axonale Standorte sind sehr abhängig von der Lieferung  energieerzeugender Organellen sowie anderer Ladungen des Zellkerns. Es ist also keine Űberraschung daB der axonale Transport eine Rolle spielt im Falle von ALS. Wir haben nun einen wichtingen Schritt getan indem wir dieses Merkmal der Krankheit reproduzieren können in kultivierte menschliche Motoneuronen.”
Schwierigkeiten mit dem axonalen Transport von Mitochondrien wurden bereits vorhin beschrieben in Modellen von mutierendem SOD1, verlinkt an familiär bedingte ALS. Im Falle von SOD1 wurde der gestörte Transport den morphologischen Änderungen in den Mitochondrien zugeschrieben, aber FUS Mutationen fȕhren nicht zu wesentlichen mitochondrialen Schäden. Wenting Guo: “Dank des Fachwissens unserer Elektronenmikroskopie-Plattform  konnten wir zeigen daB Mitochondrien in FUS-mutierte Neutronen gesund aussehen.” 

Rettung dank HDAC6

CRISPR/Cas9-vermittelte genetische Korrektur der FUS-Mutation macht die axonale Transportstörung rȕckgängig, was die Besonderheit der Pathologie unterstreicht. Noch interessanter jedoch ist daB auch die pharmakologische Hemmung oder die genetische Inaktivierung von HDAC6 die axonale Transportmängel beheben. 

Van Den Bosch: "HDAC6 deacetyliert die Bausteine der Mikrotubuli, die fȕr axonaler Transport verwendete Spuren. Wenn HDAC6 gehemmt wird, erhöht  die Acetylierung und wird der axonale Transport verbessert. Dies kann den ‘dying-back’ Prozess verhindern.” 
Obwohl er betont, daB Dysfunktion des axonalen Transportes nur ein Aspekt ist des Krankheitsmechanismus, ist Van Den Bosch optimistisch. “Axonaler Transport könnte möglicherweise eine wichtige Rolle spielen im Falle der ALS Pathologie und die HDAC6 Hemmung könnte zur vielversprechenden therapeutischen Annäherung werden, selbst wenn das von sich aus aufhören des Rȕckzugs an sich möglicherweise nicht ausreicht als therapeutische Strategie.”  

Wenting Guo et al. HDAC6 inhibition reverses axonal transport defects in motor neurons derived from FUS-ALS patients (HDAC6-Hemmung behebt axonale Transportstörungen bei Motoneuronen abgeleitet bei FUS-ALS Patienten). Nature Communications (2017). DOI: 10.1038/s41467-017-00911-y
 

Übersetzung: Eric Kisbulck

Quelle: Medical Xpress

Wissenschaftler entwickeln menschliches ALS Neuronenmodell zur Untersuchung von Zellstörungen

30-10-2017

Wissenschaftler erzeugten Motoneuronen aus Patienten mit amyotrophische laterale Sklerose (ALS) Träger eines mutierten gens anwesend bei Familienformen der Krankheit. Die Studie wirft ein neues Licht auf die Krankheitsmechanismen. 

Der Transport von Material ȕber die Länge eines Motoneurons (Axon) hält den Nachrichtenfluss der Nervenzellen in Gang und hält die Nervenzellen gesund. Eine wachsende Zahl von Berichten kombiniert Störungen im axonalen Transport mit Krankheiten bei denen Motornrieuron-Generierung auftritt, wie bei ALS.

Forscher entdeckten unzureichender axonaler Transport in den Motoneuronen die abgeleitet wurden von induzierten pluripotenten Stammzellen bei ALS Patienten mit verschiedenen Mutationen des FUS Gen. Auch identifizierten sie genetische und pharmakologische Strategien die diese Zellularstörungen ändern können. 

Das Team vom Zentrum fȕr Gehirnforschung des VIK-KU Leuven veröffentlichte sein Werk mit dem Titel  'HDAC6 Hemmung kehrt axonaltransportstörungen um in Motoneuronen hergeleitet von FUS-ALS Patienten) in Nature Communications.

Das FUS-Gen enthält Anweisungen zur Erstellung eines Proteins, daB hilft, Fehler zu korrigieren im DNA, was verhindert daB Zellen genetische Störungen stapeln. Interessant dabei ist daB FUS eins der vier wichtigsten bei Familienformen von ALS mutierten Genen  ist.  

Die aus ALS Patienten erzeugten Motoneuronen mit unterschiedlichen FUS-Mutationen zeigten fortschreitende Axonaltransportstörungen von verschiedenen Ladungen (Proteinen und weitere Substanzen) was nie zuvor festgestellt wurde in diesen Zellen. .
"Distale axonale Bereiche sind in hohem MaBe abhängig von der Lieferung energieerzeugender Organellen (Einzelteile der Zellen) und weitere Ladungen vom Zellkern. Die Beteiligung vom Axonaltransport bei ALS ist also keine Űberraschung. Es ist ein wichtiger Schritt daB wir diesen Hinweis der Krankheit wiedergeben können in kultivierte menschliche Motoneuronen”, laut Dr. Wenting Guo, Hauptverfasser der Studie und Mitglied des Teams von Ludo Van Den Bosch (VIB-KU Leuven) in einer Pressemitteilung. 

Dann versuchten die Forscher die Störungen in den axonalen Transport zu reduzieren mit Hilfe von einem Genom-Editierungssystem bekannt als die CRISPR/Cas9-vermittelte genetische Korrektur der FUS-Mutation. Dabei berichteten sie eine erfolgreiche Wiederherstellung des vorher unzureichenden axonalen Transports. 

AuBerdem sorgte das Team fȕr eine Hemmung vom FUS-Gen innerhalb der Zellen ohne dass eine Auswirkung auf den axonalen Transport festgestellt wurde. Dies bestätigt daB diese mit der Krankheit verbundenen Änderungen abhängen von mutierenden FUS-Genen. 
Die Forscher stellten jedoch fest daB pharmakologische oder genetische Hemmung von HDAC6 die Störungen des axonalen Transports rȕckgängig machte in den von Patienten abgeleitete Motoneuronen. .

"HDAC6 deacetyliert die Bausteine der Microtubuli, die fȕr axonales Transport verwendete Spuren. Falls bei HDAC6 eine Hemmung erfolgt, erhöht die Acetylierung und wird der axonale Transport verbessert und dies kann das 'dying back'-Verfahren verhindern, laut Teamleiter Van Den Bosch.
Die Ergebnisse des neuen menschlichen neuronalen Modell von ALS unterstȕtzen die Hypothese daB “axonaler Transport möglicherweise eine wichtige Rolle spielt bei der ALS Pathologie und daB HDAC6 Hemmung eine vielversprechende therapeutische Annäherung sein könnte, obwohl das stoppen des Rȕckzugs unzureichend ist als einzige therapeutische Strategie”, kommt somit Van Den Bosch zu dem Schluss. 
 

Übersetzung: Eric Kisbulck
Quelle: ALS News Today