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PRK1: Bedeutender Akteur in der Neuritenbildung

In der Regenerationsphase von Nervenfasern nach hypoxischer Belastung spielt die Proteinkinase C-verwandte Kinase (PRK1) eine essentielle Rolle bei der Neubildung und Stabilität von Neuriten. Diese Erkenntnis einer Forscherinnengruppe der Sektion für Neurobiochemie am Innsbrucker Biozentrum wurde nun im Journal of Neurochemistry veröffentlicht.

In der Arbeitsgruppe Purinmediierte Neuroprotektion unter der Leitung von Univ.-Prof.in Gabriele Baier-Bitterlich an der Sektion für Neurobiochemie (Direktorin: Prof.in Christine Bandtlow) forscht die Postdoktorandin Dr.in Bettina Thauerer seit mehreren Jahren zur Wirkungsweise von Purinnukleosiden. „Diese neuroprotektiven Moleküle erfüllen als endogene Botenstoffe eine wichtige Funktion für die Regeneration von Nervenzellen unter besonderen Belastungen, wie etwa einem Gehirnschlag“, erklärt die junge Forscherin.

Essentielle Rolle von PRK1

Der durch zerebrale Ischämie verursachte Schlaganfall führt zu irreversiblen Schäden in der ‚Kernzone’ und zu teilweise reversibler Schädigung in der umgebenden Zone (Penumbra). In vergangenen Forschungsarbeiten der Arbeitsgruppe um Prof.in Baier-Bitterlich konnte die fördernde Wirkung von körpereigenen, neuroprotektiv wirkenden Substanzen - den Nukleosiden Adenosin, Guanosin und Inosin - auf die Bildung von Nervenfortsätzen bereits nachgewiesen werden. Im Rahmen der Analyse dieser speziellen Wirkungsweise der Purinnukleoside in hypoxischen Zellen konnte Dr.in Thauerer nun auch die PRK1 als essentiellen Parameter der für die Regeneration bedeutenden Stabilisierung und Bildung von Neuriten, festmachen. „Parallel zu den Untersuchungen für Guanosin stellten wir fest, dass innerhalb des definierten Zeitfensters von fünf Minuten bis 24 Stunden nach der Sauerstoffdrosselung die Fortsatzbildung stark mit dem Anstieg der Aktivität von PRK1 korreliert“, so Thauerer.

Zelllinie und primäre Neuronen als Untersuchungsobjekte

Die Forscherinnen bedienten sich für ihre Analysen verschiedener Untersuchungswege: Einmal konnte mittels Inkubation mit dem Nervenwachstumsfaktor NGF und Guanosin die unterstützende Wirkung bei der Verlängerung der Neuriten gezeigt werden. „Da Guanosin eine Erhöhung der Kinase und damit eine Reduzierung des Zelltods bewirkt, untersuchten wir den Ablauf unter Ausschaltung der Kinase“, so Thauerer. Als Untersuchungsobjekt diente dabei eine PC12 Zelllinie, in der mittels siRNA (small interfering RNA) die PRK1 hinunterreguliert wurde. Das Defizit von funktioneller PRK1 bewirkte einen signifikanten Verlust der neuroprotektiven Wirkung von Guanosin und damit die Neuritenbildung (siehe Abbildung) und eine leichte Erhöhung von Zelltod. Außerdem wurde die Hemmung der Expression des für die Neuritenbildung wichtigen Plastizitätsproteins GAP-43 dokumentiert. Thauerer: „Bei intakter Kinase ist das Zentrosom immer in der Nähe der GAP-43-Kummulation, durch PRK1-knockdown bleibt das Zentrosom in der Mitte der Zelle, die GAP-Expression wird reduziert“.

Eine ähnliche Abhängigkeit der Neuritenbildung vom Ausmaß der Aktivität von PRK1 konnte auch in primären Neuronen des Rattenkleinhirns festgestellt werden. „Auf der Grundlage dieser Daten läßt sich die essentielle Rolle für PRK1 in der Purin-vermittelten Neuroprotektion von Zellen unter Hypoxiebedingungen bestätigen“, schließen Prof.in Baier-Bitterlich und Hertha-Firnberg-Stipendiatin Bettina Thauerer, die nach einer kurzen Babypause in diese Richtung weiterforschen will.