Der neuronale Energiestoffwechsel ist entscheidend für axonale Transportprozesse und die Aufrechterhaltung des axonalen Membranpotenzials. Diese Transportprozesse werden durch mitochondriale ATP-Synthese unter Verwendung von Pyruvat, Laktat oder Ketonkörpern angetrieben. Eine Störung dieser Mechanismen wird mit der Entwicklung von neurodegenerativen Erkrankungen und der Degeneration von Axonen in Verbindung gebracht. Unser Projekt möchte die Auswirkungen verschiedener der zuvor genannten Substrate auf den schnellen axonalen Transport (FAT) von Autophagosomen, die mitochondriale Motilität und die Aufrechterhaltung der mitochondrialen und axonalen Membranpotenziale untersuchen. Wir wollen erforschen, wie neuronale Zellen und primäre Oligodendrozyten mit reduzierter glykolytischer Unterstützung in vitro und auch ex vivo in akut sezierten (myelinisierten) Sehnerven zurechtkommen. Zu diesem Zweck werden wir die Markierung mit stabilen Isotopen in Kombination mit Massenspektrometrie und computergestützter mechanistischer Modellierung anwenden, um die Stoffwechselflüsse unter verschiedenen experimentellen Bedingungen und Ernährungszuständen zu bestimmen. Darüber hinaus werden wir Metabolomics-Profile aufzeichnen, um die Auswirkungen auf die Metabolitenlevel zu ermitteln. Die Funktion der axonalen Mitochondrien in Bezug auf das Membranpotenzial und die Motilität wird durch hochauflösende Mikroskopie zusammen mit TP4 bewertet. Wir werden uns die Modelle des Galloway-Movat-Syndroms (GAMOS) und der spinozerebellären Ataxie Typ 13 (SCA13) zunutze machen. Mutationen in diesen Krankheiten führen zu Defekten in der Autophagosomenbildung und dem Autophagieabbau und werden somit die axonale Energiehomöostase beeinflussen. Darüber hinaus werden wir untersuchen, wie sich diese Energiestoffwechselprodukte zwischen den neuronalen Subkompartimenten verteilen und somit metabolische Wechselwirkungen zwischen ihnen untersuchen. Zu diesem Zweck werden neuronale Kulturen in Mikrofluidischen Kammern, etabliert in TP1) angelegt . Wir werden Metabolitmischungen zu verschiedenen Stellen der axonalen und somatodendritischen Kompartimente hinzufügen und die Migrationsgeschwindigkeit der Autophagosomen messen. Die mitochondriale Motilität und das mitochondriale Membranpotenzial werden durch TMRM-Fluoreszenzmarkierung und In-Device-Live-Cell-Imaging bestimmt. Schließlich beobachten wir mit kompartmentspezifischer Probenentnahme von isotopenmarkierten Stoffen die Verteilung von Metaboliten zwischen Subkompartimenten und wie der Cross-Talk in Krankheitsmodellen beeinflusst wird.
Kontakt
Prof. Dr. Karsten Hiller
Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig
BRICS - Braunschweig Integrated Centre of Systems Biology
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