Academic literature on the topic 'Motorische Endplatte'

ZusammenfassungAls motorische Einheit wird die Gesamtheit aus einem Motoneuron und der von ihm innervierten Muskelfasern bezeichnet. Nach Bewegungsinitiierung im ZNS – sei es im Rahmen einer bewussten, geplanten Bewegung oder einer reflektorischen Antwort – wird ein Aktionspotenzial vom Motoneuron über sein Axon bis zur neuromuskulären Endplatte weitergeleitet, wo eine chemische Übertragung mittels Acetylcholin stattfindet. Je nach erforderlicher Funktion eines Muskels im Spektrum zwischen feinsten Augenbewegungen und grober Kraftentwicklung variieren Größe und Zusammensetzung der motorischen Einheiten. Innerhalb eines Muskels erfolgt die präzise Kraftdosierung über die Kombination verschiedener und die Entladungsfrequenz gleicher motorischer Einheiten. In der klinisch-neurophysiologischen Routinediagnostik werden regelhaft die motorische Neurografie und die Elektromyografie (EMG) dazu eingesetzt, die motorischen Einheiten eines Muskels in Bezug auf ihre Zusammensetzung, Rekrutierung und Größe zu beurteilen. Gute Grundkenntnisse über Aufbau und Funktion des peripheren motorischen Systems im Ganzen und der motorischen Einheit als „Basismodul“ im Speziellen können das Verständnis neuromuskulärer Erkrankungen und ihrer Korrelate in der neurophysiologischen Routinediagnostik erheblich erleichtern. Im vorliegenden Artikel sollen einige typische Fragen des neurophysiologischen Untersuchers aufgegriffen und in verständlicher Form beantwortet werden.

Neuromuskuläre Erkrankungen (NME) umfassen eine Gruppe von Erkrankungen der Vorderhornzelle, des peripheren Nervs, der motorischen Endplatte und der Muskulatur. NME manifestieren sich von der Prä- und Perinatalzeit bis ins Erwachsenenalter. Die Prävalenz erblicher und erworbener NME beträgt mindestens 1:1500. In den letzten Jahren gab es entscheidende Entdeckungen im neuromuskulären System, und Neuentwicklungen insbesondere auf molekulargenetischer Ebene und in der bildgebenden Diagnostik. Diese Entdeckungen haben zu einer deutlichen Zunahme von definierten Muskelerkrankungen geführt. Im klinischen Alltag bleiben aber eine genaue Anamnese und eine detaillierte klinische Untersuchung entscheidend für die Wahl der richtigen Abklärungen. Die Symptomatik der Patienten und die sorgfältige Interpretation der einzelnen Untersuchungen sowie der Gesamtsituation ermöglichen in den allermeisten Fällen eine Diagnosesicherung. Das Ziel dieser Arbeit ist es, das anamnestische und klinische Procedere im Gebiet der neuromuskulären Erkrankungen im Kindesalter aufzuzeigen.

Ethanoltoleranz beruht vermutlich auf Veränderung in synaptischer Plastizität; da die Mechanismen, die zu dieser Anpassung der Synapsen führen, in hang-Mutanten offensichtlich defekt sind, war es Ziel dieser Arbeit zu erklären, wie HANG zu synaptischer Plastizität beiträgt. In diesem Zusammenhang war es besonders wichtig herauszufinden, in welchem neuronalen Prozeß HANG eine Rolle spielt. Antikörperfarbungen gegen HANG zeigten, da das Protein in allen neuronalen Zellkernen larvaler und adulter Gehirne vorhanden ist. Gehirne der hangAE10 Mutante zeigen keine Färbung, was bestätigt, da diese Tiere Nullmutanten für HANG sind. Eine genauere Analyse der Verteilung von HANG im Zellkern ergab, daß HANG in einem punktartigen Muster an bestimmten Stellen im Kern angereichert ist; diese HANG-Aggregate sind an der Innenseite der Kernmembran lokalisiert und colokalisieren nicht mit dem Chromatin. Auf der Basis dieser Ergebnissen wurde postuliert, daß HANG vermutlich an der Stabilisierung, Prozessierung oder dem Export von mRNAs beteiligt ist. Da synaptische Plastizität gut an den einzelnen Neuronen der neuromuskulären Synapse von Drosophila-Larven studiert werden kann, wurde die Morphologie der Motorneurone dritter Larven am Muskelpaar 6/7 des Segments A4 untersucht. Diese Untersuchungen zeigten, da Boutonanzahl und Axonlänge in hangAE10-Larven um 40 % erhöht sind. Außerdem zeigen einige Boutons der hang-Mutanten eine abnormale, sanduhrförmige Form, was darauf hinweist, daß sie nach Initiation der Bouton-Teilung möglicherweise in einem halb-separierten Zustand geblieben sind. Die Zunahme an Boutons in den Mutanten ist im wesentlichen auf eine Zunahme der Anzahl der Typ Ib-Boutons zurückzuführen. Die Analyse der Verteilung verschiedener synaptischer Marker in hangover-Mutanten ergab keine Hinweise auf Abnormalitäten im Zytoskelett oder in der Ausbildung der prä-und postsynaptischen Strukturen. Des weiteren ist die Anzahl der aktiven Zonen relativ zur Boutonoberfläche nicht verändert; da hang-Mutanten aber mehr synaptische Boutons pro synaptischem Terminal besitzen, kann man insgesamt von einer Zunahme der Anzahl der aktiven Zonen ausgehen. Die präsynaptische Expression von HANG in den Mutanten rettet die erhöhte Boutonanzahl und die verlängerten Axone, was ebenfalls beweist, daß die beobachteten synaptischen Defekte auf das Fehlen von HANG und nicht auf Sekundärmutationen zurückzuführen sind. Eine postsynaptische Expression der hangover cDNA in den Mutanten dagegen rettet den Phänotyp nicht. Die Anzahl der synaptischen Boutons wird unter anderem durch cAMP-Levels bestimmt, welche somit synaptische Plastizität regeln. Da hang-Mutanten eine erhöhte Boutonanzahl aufweisen, führte dies zu der Spekulation, daß der Phänotyp dieser Mutanten möglicherweise auf veränderte cAMPlevels zurückzuführen ist. Um dies zu überprüfen, wurde die Morphologie der neuromuskulären Synapsen von hangAE10-Larven mit denen von dnc1 verglichen, welche Defekte in der cAMP-Kaskade aufweisen. Einige Aspekte des Phänotyps (z. B. die Zunahme der Boutonanzahl und das Verhaltnis von aktiven Zonen pro Boutonfläche) sind sehr ¨ahnlich; jedoch unterscheiden sich die beiden Mutanten in anderen morphologischen Aspekten. Die Expression eines UAS-dnc-Transgens in hangover-Mutanten modifizierte den hang-Phänotyp ebenfalls nicht. Auf der Basis der Ergebnisse dieser Arbeit wurde ein Modell für die Funktion von HANG erstellt, nach dem dieses Protein vermutlich am Isoform-spezifischen Spleißen bestimmter Transkripte beteiligt ist, deren Produkte für die synaptische Plastizität an der neuromuskulären Synapse benötigt werden
The development of ethanol tolerance is due to changes in synaptic plasticity. Since the mechanisms mediating synaptic plasticity are probably defective in the mutant hangAE10, it was a goal of the present study to find out how HANG contributes to synaptic plasticity. In particular, it was important to clarify in which neuronal process HANG plays a role. Antibody stainings against HANG revealed that the protein is localized in all neuronal nuclei of larval and adult brains; the staining is absent in hangAE10, thus confirming that this P-element insertion stock is a protein null for HANG. Detailed analysis of the subnuclear distribution of HANG showed that HANG immunoreactivity is enriched at distinct spots in the nucleus in a speckled pattern; these speckles are found at the inside of the nuclear membrane and do not colocalize with chromatin nor with the nucleolus; thus, HANG is probably involved in the stabilization, processing or export of RNAs. As synaptic plasticity can be studied in single neurons at the larval neuromuscular junction, the morphology of the synaptic terminals of hangAE10 mutants was analyzed at muscle 6/7, segment A4. These studies revealed that hangAE10 mutants display a 40 % increase in bouton number and axonal branch length; in addition, some boutons have an abnormal hourglass-like shape, suggesting that they are arrested in a semi-separated state following the initiation of bouton division. The increase in bouton number of hang mutants is mainly due to an increase in numbers of type Ib boutons. The analysis of the distribution of several synaptic markers in hang mutants did not show abnormalities. The presynaptic expression of HANG in hang mutants rescues the increase in bouton number and axonal branch length, thus proving that the phenotypes seen in the P-element insertion hangAE10 are attributable to the lack of HANG rather than to effects of the P-element marker rosy or to a secondary hit on the same chromsome during mutagensis. This finding is further supported by the fact that postsynaptic expression of HANG does not rescue the abnormal NMJ morphology of hangAE10. Alterations in cAMP levels regulate the number of boutons; since hang mutants display an increase in bouton number, the questions was whether this morphological abnormality was due to defects in cAMP signalling. To test this hypothesis, hangAE10 NMJs were compared to those of the hypomorphic allele dnc1 that has a defective cAMP cascade. Some aspects of the NMJ phenotype (e.g. the increase in bouton number and the unaltered ratio of active zones per bouton area) are similar in hangAE10 and dnc1, other differ. Expression of a UAS-dnc transgene in hangAE10 mutants does not modify the phenotype. In summary, the results of this study indicate that nuclear protein HANG might be involved in isoform-specific splicing of genes required for synaptic plasticity at the NMJ

Bei den Charcot-Marie-Tooth (CMT) Neuropathien handelt es sich um erbliche Erkrankungen des peripheren Nervensystems, die progredient zu motorischen und sensorischen Defiziten führen und für die bislang keine kausalen Therapieoptionen existieren. In verschiedenen Studien konnte gezeigt werden, dass Entzündungsreaktionen, insbesondere durch Lymphozyten und Makrophagen vermittelt, eine bedeutende Rolle bei der Pathogenese dieser Erkrankung spielen. Neben neuronaler und axonaler Schädigung, sowie Demyelinisierung ist in untersuchten Myelin Mutanten auch eine erhöhte Anzahl an denervierten neuromuskulärer Endplatten zu erkennen. Eine genetische Blockade der Makrophagen-Aktivierung konnte in den Studien eine Verbesserung sämtlicher neuropathologischer Merkmale bei gleichzeitig reduzierter Makrophagenanzahl zeigen. Ob und welche Rolle Makrophagen bei der Denervation neuromuskulärer Endplatten spielen, blieb bislang ungeklärt. In dieser Studie konnte in allen untersuchten Myelin Mutanten im Vergleich zum Wildtyp eine Zunahme an neuromuskulären Synapsen beobachtet werden, die mit Makrophagen räumlich assoziiert waren. Daneben zeigten entsprechende Myelin Mutanten eine Zunahme denervierter und partiell denervierter Endplatten und zwar interessanterweise direkt proportional zur Anzahl an Synapsen in Assoziation mit Makrophagen. Das bedeutet, dass die Anzahl an Endplatten in Assoziation mit Makrophagen verhältnismäßig parallel zur Anzahl an denervierten Endplatten zunahm, während die Anzahl an Makrophagen im gesamten Muskel nahezu unverändert blieb. Dies deutet eine mögliche Rolle der räumlich mit Endplatten assoziierten Makrophagen an deren Denervation an. Dabei waren alle Synapsen in Assoziation mit Makrophagen innerviert und damit morphologisch intakt. Bei doppel-mutanten Mäusen mit genetischer Blockade der Makrophagen-Aktivierung waren die beschriebenen pathologischen Merkmale an der neuromuskulären Synapse deutlich reduziert bei gleichzeitig signifikanter Abnahme an Makrophagen in Assoziation mit Endplatten. Ähnliche pathologische Auffälligkeiten wie bei Myelin Mutanten fanden sich in geringerer Ausprägung auch im Wildtyp im Rahmen des Alterungsprozesses sowie auch bei Mäusen mit Defizienz des neurotrophen Faktors CNTF. Zusammenfassend deuten die Ergebnisse darauf hin, dass sowohl in der Pathogenese der CMT Neuropathie wie auch im Rahmen altersbedingter Neurodegeneration ein Makrophagen-vermittelter Schaden an der neuromuskulären Endplatte entsteht. Wesentliche Mediatoren scheinen hierbei das von Fibroblasten und vermutlich auch perisynaptischen Fibroblasten exprimierte CSF-1 zu sein, sowie MCP-1, das durch Schwann Zellen und möglicherweise auch von terminalen Schwann Zellen freigesetzt wird. Auch eine Defizienz des neurotrophen Faktors CNTF bewirkt zumindest in geringem Ausmaß eine Zunahme der pathologischen Merkmale Denervation und Makrophagen-Endplatten-Assoziation im Vergleich zum Wildtyp. Diese Ergebnisse erweitern insbesondere das Wissen um Pathomechanismen an der neuromuskulären Endplatte und eröffnen neue Möglichkeiten der Behandlung für CMT und weitere neuromuskuläre Erkrankungen
Charcot-Marie-Tooth (CMT) neuropathies are a group of hereditary diseases of the peripheral nervous system that progressively lead to motor and sensory deficits and for which currently no causal therapeutic options exist. Various studies revealed that inflammatory reactions, especially mediated by lymphocytes and macrophages, play a significant role in the pathogenesis of this disease. In addition to demyelination, neuronal and axonal damage, an increased number of denervated neuromuscular junctions were detected in myelin mutant mice. In these studies, a genetic blockade of macrophage activation induced an improvement in all neuropathological features with a simultaneous reduction in the number of macrophages. Whether and which role macrophages play in the denervation of neuromuscular endplates remained unclear by now. In this presented study, an increase in neuromuscular synapses spatially associated with macrophages was observed in all investigated myelin mutant mice compared to wild type mice. In addition, corresponding myelin mutants showed an increase in denervated and partially denervated endplates directly proportional to the number of synapses associated with macrophages. This means that the number of endplates in association with macrophages increased relatively in parallel with the number of denervated endplates, while the number of macrophages remained nearly unchanged throughout the skeletal muscle. This suggests a possible pathogenetic role of spatially endplate-associated macrophages in their denervation. All synapses in association with macrophages were innervated and thus morphologically intact. In dual mutant mice with a genetic blockade of macrophage activation, the described pathological features at the neuromuscular junction were significantly reduced with concomitant significant decrease in macrophages associated with endplates. Similar pathological abnormalities as in myelin mutants were found to a lesser extent also in the wild type in the context of the aging process as well as in mice with deficiency of the neurotrophic factor CNTF. In summary, these results suggest that macrophage-related damage of neuromuscular junctions occurs in both the pathogenesis of CMT neuropathy and in the context of age-related neurodegeneration. Important mediators seem to be CSF-1 expressed by fibroblasts and probably also perisynaptic fibroblasts, as well as MCP-1, which is released by Schwann cells and possibly also by terminal Schwann cells. Furthermore, a deficiency of the neurotrophic factor CNTF causes, at least to a small extent, an increase in the pathological features of denervation and macrophage-endplate association compared to the wild-type. In particular, these findings expand knowledge of pathomechanisms at the neuromuscular endplate and open up new treatment options for CMT and other neuromuscular diseases