The maintenance of neuronal polarity in aging Drosophila melanogaster

Ein grundlegendes Merkmal neuronaler Zellen ist ihre stark polarisierte Morphologie, welche sich in der Ausbildung eines einzigen langen Axons und mehrerer kurzer Dendriten manifestiert. Diese polarisierten Morphologie, sowie die differentielle, polare Lokalisation von Proteinen und anderen subzellularen Bestandteilen bilden die Grundlage fur die Funktion von Nervenzellen und deren Vernetzung zu funktionellen neuronalen Netzwerken. Insbesondere die selektive Lokalisation von Proteinen innerhalb spezialisierter subzellularer Bereiche, wie dem Axon, ist essentiell fur die Etablierung und Aufrechterhaltung dieser molekular und funktionell hoch spezialisierten subzellularen Kompartimente. Wahrend neuronale Polaritat, bzw. die polarisierte Verteilung von Proteinen, in jungen Saugetierneuronen relativ gut charakterisiert wurde, ist wenig uber diese Aspekte in Invertebraten und alternden Neuronen bekannt. Drosophila melanogaster hat sich als hervorragender Modelorganismus zur Erforschung der Etablierung zellularer und neuronaler Polaritat erwiesen. Erst kurzlich konnte gezeigt werden, dass Drosophila Neuronen eine klare Polaritat auf molekularer Ebene aufweisen, welche sich in der polarisierten Verteilung von Proteinen entweder im Axon oder den Dendriten zeigt. Dies, sowie die praktischen Vorteile von Drosophila als Modellorganismus, die Vielzahl an verfugbaren genetischen Werkzeugen und die Moglichkeit zellulare Vorgange in vivo zu beobachten, machen Drosophila zu einem unkomplizierten und genetisch einfach manipulierbaren Modellorganismus fur die Erforschung komplexer Aspekte der Etablierung und Aufrechterhaltung neuronaler Kompartimente. In der vorliegenden Studie nutzten wir Drosophila melanogaster um die polarisierte Verteilung von Proteinen in Axonen zu bestatigen. Durch die selektive Expression transgener fluoreszierender Proteine mit vermeintlich axonaler Lokalisation im Pilzkorper von jungen Fliegen konnten wir nachweisen, dass einige Aspekte neuronaler Polaritat, wie die selektive Lokalisierung von Membran- und Transportproteinen im axonalen Kompartiment, bereits in jungen Drosophila Neuronen etabliert sind. Obwohl manche Aspekte der neuronalen Polaritat in jungen Neuronen weniger gut etabliert zu sein scheinen, bestatigen unsere Ergebnisse die Eignung von Drosophila als Modellsystem, um die komplexen Prozesse neuronaler Polaritat zu untersuchen. Des Weiteren untersuchten wir die Aufrechterhaltung der polarisierten Verteilung von Proteinen im Alter, mittels eines vergleichenden in vivo Screens. Hinweise darauf, dass Veranderungen in der polarisierten Verteilung von Proteinen im alternden Gehirn auftreten konnen und zu dessen Alterungsprozess beitragen, gehen aus den Arbeiten von Niewiadomska und Kollegen hervor, die zeigen konnten das es zu altersabhangigen Veranderungen in der Lokalisation axonaler Mikrotubuli-bindender Proteine, und als Konsequenz Veranderungen im axonalen Transport [Niewiadomska et al., 2003, 2005 2006]. Durch die transgene Expression axonaler Proteine in den Pilzkorpern junger und alter Fliegen konnten wir Veranderungen in der Verteilung zweier axonaler Membranproteine zeigen, wahrend die Lokalisation eines verwandten Proteins erhalten blieb. Dies deutet darauf hin, dass die beobachteten Veranderungen nicht das Ergebnis der langzeitigen Expression transgener Proteine sind und der Funktionalitat des angelegten Screens. Die axonale Lokalisation von Transportproteinen blieb erhalten und weist darauf hin, dass es zu keinen allgemeinen Beeintrachtigung des axonalen Transports kommt. Des Weiteren fanden wir Hinweise darauf, dass prasynaptische Proteine in der neuronalen Entwicklung ihre akkurate, polarisierte Lokalisation erst etablieren, nachdem neuronale Kompartimente morphologisch klar unterscheidbar sind. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass es zur Umverteilungen spezifischer axonaler Proteine im gealterten zentralen Nervensystem kommen kann, aber um diese Fragestellung endgultig zu klaren sind fortfuhrende Forschungen hinsichtlich endogener Proteinen und der zugrunde liegenden Mechanismen erforderlich.