Detailansicht
Localization of RNA-binding Proteins in Mature and Aging Neurons
Karl Emory Bauer
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Betreuer*in
Michael Kiebler
DOI
10.25365/thesis.29195
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30272.58005.954969-7
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Abnahme kognitiver Fähigkeiten geht mit dem Altern eines Organismus einher und ist abhängig von strukturellen und funktionellen Änderungen in neuronalen Netzwerken. Daher sind altersabhängige Veränderungen in der Erforschung von Lernen, Erinnerung und neurodegenerativen Erkrankungen von großer Bedeutung. Die Bildung und Änderung individueller Synapsen ist essenziell für ein funktionelles neuronales Netzwerk. Veränderungen in der Konnektivität von Zellen können einen großen Einfluss auf Prozesse wie Lernen und der Bildung einer Erinnerung haben. Das Altern auf zellulärer Ebene ist genetisch programmiert, aber auch abhängig von der Anhäufung zellschädigender Stoffe, die zur Fehlfunktion multipler zellulärer Prozesse führen. In Neuronen kann dies zu einer Änderung in der Bildung von Synapsen und deren Erhaltung führen. Die lokale Translation von RNA-Transkripten ist wesentlich für die Bildung und dann anschließend für die Morphogenese individueller Synapsen. Dieser Prozess ist von der korrekten Funktion verschiedener RNA-binde Proteine (RBPs) abhängig. Altersabhängige Veränderungen und die Schädigung verschiedener Zellkomponenten können zu einer fehlerhaften Funktion und subzellulären Lokalisation solcher RBPs führen. Dies kann sich auf die synaptische Plastizität auswirken und infolgedessen neurodegenerative Erkrankungen bewirken.
In diesem Projekt verwendete ich primär kultivierte hippocampale Neuronen der Ratte in Langzeitzellkulturen, um mögliche altersabhängige Veränderungen in der zellulären Verteilung einiger wichtiger RBPs zu untersuchen. Dazu machte ich Gebrauch von standardisierten Methoden der Immunozytochemie und Epifluoreszenzmikroskopie, um die zelluläre Verteilung ausgewählter Proteine in Zellen unterschiedlicher Altersstufen zu markieren und zu dokumentieren.
Meine Experimente zeigten eine altersabhängige Veränderung in der Verteilung von processing bodies (P-bodies). Große P-bodies im Soma, in der Nähe des Nukleus, scheinen während des Alterns der Zelle zu zerfallen oder an Größe zu verlieren. Weiters lokalisieren dendritische P-bodies im Alter verstärkt zu synaptischen Strukturen. Die Beteiligung dieser P-bodies an RNA-Abbau und Translationskontrolle ist essenziell für den zellulären Metabolismus. Daher können altersabhängige Veränderungen in deren Lokalisation signifikant in die lokale Translation synaptischer Proteine eingreifen.
Eine kleine Gruppe an RBPs zeigten Veränderungen in Transportmechanismen zwischen Nukleus und Zytoplasma (nuclear-cytoplasmic shuttling) und außerdem eine verstärkte Lokalisierung zu distalen Sektionen der Dendriten in alternden Neuronen. Veränderungen im nuclear-cytoplasmic shuttling können spezifische Signaltransduktionskaskaden im Nukleus beeinflussen und so in die Genexpression eingreifen. Die Zunahme in der dendritischen Lokalisation spezifischer RBPs kann eine Antwort auf altersabhängige synaptische Veränderungen, oder aber eine Nebenerscheinung des Alterns sein. Zusammenfassend präsentiert diese Diplomarbeit altersabhängige Veränderungen in der Lokalisation essenzieller RBPs und demonstriert so die wichtige Rolle dieser Proteine, nicht nur in Neuronen, sondern auch in neuronalem Altern. Weiters bieten meine Daten eine Grundlage für weitere Forschung, um die Rolle von RBPs in zellulären Alterungsmechanismen anzusprechen.
Abstract
(Englisch)
Aging is associated with cognitive decline, depending on structural and functional changes in neuronal networks. Therefore, age-related changes have become an essential factor in the research of learning, memory, and neurodegenerative diseases. The formation and alteration of individual synapses is of essential importance in functional neuronal circuits. Perturbations in the connectivity between cells can have a great effect on processes such as learning and memory formation. Cellular aging has been shown to be both genetically programmed and dependent on damage accumulation, leading to dysfunctions in multiple cellular processes. In neurons, this can result in changes in synapse formation and maintenance. The formation and later the morphogenesis of individual synapses critically depend on the local translation of RNA transcripts. This process depends on the correct function of various RNA-binding proteins (RBPs), involved in RNA- transport, silencing, etc. Here, we propose that age-related changes and damage in various cellular components can lead to perturbations in the function and subcellular localization of such RBPs, and thereby affect synaptic plasticity and consequently can cause neuronal diseases.
In this project, I used primary cultured rat hippocampal neurons held in long-term cell culture to investigate possible age-dependent changes in the cellular distribution of a number of essential RBPs. I applied standard methods of immunocytochemistry and epifluorescence microscopy to label and document the cellular pattern for selected proteins in differentially aged cells.
My experiments revealed an age-dependent change in the distribution of processing bodies (P-bodies). They suggest that large P-bodies in the soma close to the nucleus appear to disassociate or reduce in size during aging. Furthermore, dendritic P-bodies localize to synaptic sites in greater number in aged cells. Their role in RNA degradation and translational control is vital for cellular metabolism, suggesting age-dependent changes in the localization of P-bodies to result in significant alterations in the local translational regulation of synaptic proteins.
Furthermore, a small portion of RBPs were found to undergo changes in nuclear-cytoplasmic shuttling and displayed an increased localization to distal sections of dendrites during aging. Changes in nuclear-cytoplasmic shuttling can affect specific signaling cascades in the nucleus, resulting in altered gene expression. The increased dendritic localization of specific RBPs may be a response to age-dependent synaptic alterations or a side effect of aging. Taken together, this thesis presents age-related changes in the localization of essential RBPs, highlighting the important role of these proteins not only in neurons but also in neuronal aging. Furthermore, my data provide a foundation for further studies addressing the involvement of RBPs in the cellular aging process.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
RNA-binding Proteine RBPs hippocampal neurons aging learning memmory
Schlagwörter
(Deutsch)
RNA-binde Proteine RBPs Hippocampale Neuronen Altern Lernen Erinnerung
Autor*innen
Karl Emory Bauer
Haupttitel (Englisch)
Localization of RNA-binding Proteins in Mature and Aging Neurons
Paralleltitel (Deutsch)
Lokalisierung von RNA-binde Proteinen in Reifen und Alternden Neuronen
Publikationsjahr
2013
Umfangsangabe
76 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Michael Kiebler
AC Nummer
AC11662401
Utheses ID
26046
Studienkennzahl
UA | 066 | 877 | |