CBBS Paper of the year 2019

SIPA1L2 steuert den Transport und die lokale Signalübertragung von TrkB-haltigen Amphisomen an präsynaptischen Endigungen

Bei der Kommunikation zwischen Nervenzellen spielen Signalmoleküle, wie das BDNF 
und sein Rezeptor TrkB eine wichtige Rolle. Solche Signale müssen ins Innere der Zelle 
durchstellt werden, wo sie die Genexpression im Zellkern regulieren, was sowohl in der 
neuronalen Entwicklung als auch in reifen Nervenzellen eine wichtige Rolle spielt. Um 
solche Signale aus der Präsynapse in den Zellkern zu leiten, müssen die Signal-haltigen 
Vesikel im Axon transportiert werden.

Anna Karpova und Michael R. Kreutz konnten mit ihren Kollegen zeigen, dass dieser 
Transport in speziellen Vesikeln, den Amphisomen, stattfindet. Hierbei handelt es sich um  Hybrid-Organellen, die enstehen, wenn Endosomen mit der äußeren Membran von 
Autophagosomen fusionieren. Autophagie erlaubt es Zellen, eigene Bestandteile 
abzubauen und zu verwerten. Das reicht von fehlgefalteten Proteinen bis zu ganzen 
Zellorganellen. Überraschenderweise organisieren Neurone Aufnahme und Abbau 
solcher Entsorgungsfracht räumlich getrennt. In Axonen werden Proteine aufgenommen  und im Zellkörper in Lysoomen abgebaut. Diese Trennung erlaubt es nun, dass Autophagie auch eine Rolle bei der neuronalen Signalgebung spielen kann. 

Das Forschungsteam hat herausgefunden, dass Amphisomen auf ihrem Weg vom Axon 
zum Soma an präsynaptischen Nervenendigungen plastische Prozesse regulieren, die die Effizienz der synaptischen Neurotransmission erhöhen. Vermutlich gleichzeitig räumen sie „Proteinmüll“ ab und transportieren sowohl Signalmoleküle wie das BDNF-TrkB-Duo als auch „beschädigte“ Proteine. Bei der punktgenauen Kontrolle dieser Prozesse kommt das Regulator-Protein SIPA1L2 ins Spiel. Wenn es in Mäusen ausgeschaltet wird, dann werden diese Transportprozesse gestört, wodurch die Tiere schlechter lernen können.

Diese überraschende Entdeckung zeigt, wie Nervenzellen die negativen Konsequenzen ihrer enormen Ausdehnung, die vor allem eine Herausforderung für den Erhalt ihrer Membranen darstellt, auf elegante Weise gelöst haben. Membranprozesse, die sich gegenseitig nicht stören, können in den gleichen Vesikeln stattfinden.

PMID: 31784514