Könnte ein schlechter Proteinhandel ein Faktor für Autismus sein?
Ein Protein, dessen Mutationen bei Menschen mit Autismus und anderen neurologischen Entwicklungsstörungen gefunden werden, trägt dazu bei, dass die Verbindungen zwischen Neuronen im Gehirn reibungslos funktionieren.
Neu veröffentlichte Forschungsergebnisse - angeführt von der Rockefeller University in New York City, NY - zeigen, dass das Protein Astrotactin 2 (ASTN2) Rezeptoren von den Oberflächen der Neuronen weg transportieren und verhindern kann, dass sie sich dort ansammeln.
Verbindungen zwischen Neuronen sind für die Gehirnfunktion wesentlich.
Sie funktionieren, weil Rezeptoren, die auf der Oberfläche von Zellen sitzen, immer bereit sind, mit eingehenden Neurotransmittern aus anderen Zellen zusammenzuarbeiten.
Der Prozess ist dynamisch und erfordert einen kontinuierlichen Zyklus von Rezeptoren auf und ab der Zellmembran, um eine schnelle Reaktion auf Signale zu gewährleisten. Der Handel mit Proteinen hilft dabei, die Rezeptoren in Bewegung zu halten.
Die jüngste Studie, die jetzt in der Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaftenhat auch einen Mechanismus vorgeschlagen, durch den Autismus-Spektrum-Störungen (ASDs), wie der neurologische Entwicklungszustand Autismus, aus Defekten in ASTN2 entstehen könnten.
Die genauen Ursachen für neurologische Entwicklungsstörungen sind weitgehend unbekannt, obwohl viele Anzeichen auf eine frühe Gehirnentwicklung zurückzuführen sind. Wissenschaftler glauben, dass die Ursprünge komplex sind und genetische, biologische und Umweltfaktoren beinhalten.
Nach Angaben der Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten (CDC) wurde etwa 1 von 68 Kindern aus den USA „mit ASD identifiziert“, wobei Jungen mehr als viermal häufiger damit identifiziert wurden als Mädchen.
Handel mit Proteinen
In früheren Arbeiten hatte die leitende Studienautorin Mary E. Hatten, Professorin für Neurowissenschaften und Verhalten an der Rockefeller University, bereits festgestellt, dass ASTN2 während der frühen Entwicklung bei der Migration von Zellen eine Rolle beim Menschenhandel spielt.
Das Vorhandensein dieses Proteins im Gehirn eines Erwachsenen führte jedoch dazu, dass die leitende Studienautorin Hourinaz Behesti, als sie in das Labor von Prof. Hatten eintrat, davon ausging, dass ASTN2 möglicherweise auch eine andere Rolle spielt.
Die ASTN2-Spiegel scheinen in einer Gehirnregion, die als Kleinhirn bezeichnet wird, besonders hoch zu sein. Traditionell wurde angenommen, dass diese Gehirnregion die Kontrolle der Bewegung betrifft, aber die Autoren berichten, dass "neuere Erkenntnisse darauf hindeuten", dass sie auch mit "nichtmotorischen Funktionen wie Sprache, visuellem Gedächtnis, Aufmerksamkeit und Emotion" in Verbindung gebracht werden kann.
Unter Verwendung eines Elektronenmikroskops identifizierten die Forscher dann Stellen der ASTN2-Expression im Kleinhirn von Mäusen.
Sie entdeckten, dass das Protein hauptsächlich in Strukturen zu finden ist, die als „endozytische und autophagozytische Vesikel“ bezeichnet werden und Proteine innerhalb von Neuronen transportieren.
Schwächere Synapsen
Die Wissenschaftler identifizierten auch einige Moleküle, die an ASTN2 binden. Zu diesen „Bindungspartnern“ gehören Proteine, von denen bekannt ist, dass sie in Neuronen und anderen Proteinen, die beim Aufbau von Synapsen helfen, gehandelt werden.
Synapsen sind die Zellstrukturen, die es Neuronen ermöglichen, elektrische und chemische Signale aneinander weiterzuleiten. Das Team hatte zuvor auch ASTN2 gefunden, das in „dendritischen Stacheln“ in Synapsen exprimiert wurde.
Das Erhöhen von ASTN2 in Mausneuronen verursachte eine Verringerung der Moleküle, die an ASTN2 binden. Dies steht im Einklang mit der Idee, dass ASTN2 seine Arbeit erledigt und sie von der Zelloberfläche weggeschleppt hat, um sie zu zersetzen und zu recyceln.
Weitere Tests ergaben, dass Zellen mit höheren ASTN2-Spiegeln robustere Synapsen bildeten. Dies deutet darauf hin, dass unzureichendes ASTN2 - wie es passieren könnte, wenn das dafür kodierende Gen mutiert ist - zu schwächeren Synapsen führen würde.
Notwendigkeit, die Rolle des Kleinhirns besser zu verstehen
Die Studie zitiert Arbeiten an der Johns Hopkins University, bei denen mehrere Familienmitglieder mit ASD, Sprachverzögerung und anderen neurologischen Entwicklungsstörungen eine Reihe von ASTN2-Mutationen aufwiesen.
Die Forscher erwähnen auch eine separate Studie mit großer Population, in der Zusammenhänge zwischen ASTN2-Mutationen und verschiedenen Arten von Gehirnerkrankungen festgestellt wurden.
Sie kommen zu dem Schluss, dass ihre Ergebnisse die Idee stützen, dass eine Unterbrechung des Prozesses, der die angemessene Mischung und den Umsatz von Oberflächenproteinen in Gehirnzellen sicherstellt, ein Faktor für verschiedene neurologische Entwicklungszustände sein könnte.
Sie sagen auch, dass es notwendig ist, die Rolle des Kleinhirns unter diesen Bedingungen besser zu verstehen.
"Die Leute beginnen gerade zu erkennen, dass das Kleinhirn nicht nur dazu da ist, Bewegung und motorisches Lernen zu steuern. Es hat viel komplexere Rollen in Kognition und Sprache. “
Prof. Mary E. Hatten
