Wie sich zerstörte Nervenbahnen im Muskel regenerieren

Nach einer Verletzung der neuromuskulären Endplatte übernimmt der Proteinkomplex mTORC1 eine wichtige Funktion bei der Heilung. Forscher am Biozentrum der Universität Basel haben nun gezeigt, dass die Aktivierung des Proteinkomplexes mTORC1 ausgewogen sein muss, damit die Reparatur gelingt. Zudem liefert die Studie neue Erkenntnisse für altersbedingte Muskelschwäche.

Der Proteinkomplex mTORC1 fördert das Muskelwachstum und ist wichtig für die Selbstreinigung der Muskelzellen. Welche Funktion mTORC1 nach einer Verletzung der neuromuskulären Endplatte übernimmt, war bislang unklar. Neue Erkenntnisse liefert nun das Forschungsteam von Prof. Markus Rüegg am Biozentrum der Universität Basel.

Funktion von mTORC1

In unserem Körper sind Nerven und Muskeln durch neuromuskuläre Endplatten miteinander verbunden. Wird diese Verbindung unterbrochen oder verletzt, ist der Muskel in seiner Funktion eingeschränkt und geschwächt. Das Besondere an diesen Synapsen ist jedoch, dass sie wieder repariert werden können. Rüeggs Forschungsteam hat nun die Funktion von mTORC1 nach einer Verletzung der neuromuskulären Endplatte im Mausmodell genauer untersucht.

Für die Funktion von mTORC1 im Muskel war bislang lediglich nachgewiesen, welche Rolle der Proteinkomplex für die Förderung des Muskelwachstums und die Selbstreinigung der Zellen übernimmt. “Wir konnten nun zeigen, dass mTORC1 darüber hinaus eine wichtige Rolle bei der Regeneration der neuromuskulären Endplatte übernimmt”, erklärt Perrine Castets, Erstautorin der Studie.

mTORC1 im Gleichgewicht

Damit mTORC1 seine Funktion ausüben und auf den Muskel und die Regeneration der Nervenverletzung einwirken kann, muss es zuvor von der Proteinkinase PKB/Akt aktiviert werden. Darüber hinaus zeigt Rüeggs Studie, dass der Proteinkomplex mTORC1 weder zu stark, noch in zu geringem Masse aktiviert werden darf, damit die Regeneration der Synapse gelingt. Dabei zeigte sich zudem eine Rückkopplung mit der Kinase PKB/Akt: “Wird mTORC1 zu stark aktiviert, kommt es zu einer Hemmung dieser Kinase. Dies führt dazu, dass die Regeneration der neuromuskulären Endplatte gestört ist. Die Aktivierung durch PKB/Akt sorgt somit dafür, dass der Heilungsprozess adäquat verläuft”, sagte Castets.

Die neu beschriebene Funktion von mTORC1 könnte auch eine Erklärung für die Entstehung der altersbedingten Muskelschwäche beim Menschen liefern. Diese wird ebenfalls durch eine sich ändernde neuromuskuläre Endplatte und möglicherweise durch eine Überaktivierung von mTORC1 ausgelöst. “Durch die Studie verstehen wir den Mechanismus bei der Wiederherstellung der neuromuskulären Endplatte nun besser. Vielleicht können wir daraus nun auch Möglichkeiten ableiten, den altersbedingten Defiziten und Strukturveränderungen auf therapeutischem Wege entgegenzuwirken und damit die Leistungs- und Funktionsfähigkeit der Muskeln im Alter besser aufrechterhalten”, sagte Rüegg.

Originalpublikation:
Castets P et al.: mTORC1 and PKB/Akt control the muscle response to denervation by regulating autophagy and HDAC4. Nature Communications 2019;10:3187.