Die motorische Endplatte und die Steuerung der

Muskelkontraktion

1. Aufbau des Muskels

2. Mechanismus und Steuerung der

Muskelkontraktion

2.1 Gleitfilamenttheorie

2.2 Zyklus der Actin-Myosin Interaktion

2.3 Regulation der Interaktion durch Calcium-Ionen

2.4 Organisation der Muskeln

3. Entwicklung und Funktion der motorischen Endplatte

3.1 Die motorische Endplatte als Prototyp einer Synapse

3.2 Synaptogenese

3.3 Signalübertragung an der motorischen Endplatte

Aufbau des Muskels

Mehrkernige Muskelfasern (im

Menschen: 50 µm Durchmesser, bis

zu 50 cm lang: Syncytium)

Myofibrillen

Sarkomer (etwa 2,5 µm lang)

Muskeltypen:

- Skelettmuskel (quergestreifte

Muskeln)

- Herzmuskel (quergestreifter

Muskel aber mit elektrischer

Kopplung)

- Glatte Muskeln

Muskelkontraktion

Gleitfaser-Modell

(Huxley and Niedergerke (1954) Nature

Huxley and Hanson (1954) Nature)

Milestones:

Muscle sliding filament

Interferenzmikroskopie

A-Fasern

Muskelkontraktion

Gleitfaser-Modell

(Huxley and Niedergerke (1954) Nature

Huxley and Hanson (1954) Nature)

Milestones:

Muscle sliding filament

Muskelkontraktion:

Zyklus der Aktin-Myosin

Interaktion

(Alberts et al.,

„Molecular Biology of

the Cell“, verändert)

gebunden

gelöst

gebunden

Kraftschlag „Rigor“

Regulation der Interaktion von Myosin und Aktin: Ca 2+

benötigt: Ca2+-Ionen, ATP

Troponin-Tropomyosin Komplex

F-actin

Troponin-

Tropomyosin

Ca2+ ATP/

ADP

F-actin

Troponin-

Tropomyosin

Ca2+

ATP/

ADP

Myosin

Myosin

Regulation der Interaktion von Myosin und Aktin:

Sarkoplasmatisches Retikulum

Ca2+-ATPase

Organisation der Muskeln

Zusammenspiel zwischen (Endo-)Skelett und Muskeln

Muskeln können nur kontrahieren

Motor Einheit: Einzelnes Motoneuron (alpha-Motoneuron) + alle Muskelfasern

die durch dieses Neuron innerviert werden

Anzahl an Muskelfasern, die durch ein einzelnes Motoneuron innerviert

werden: 2-3 (Finger) bis 50-60 (andere Muskeln)

Steuerung der Muskelkontraktion

Die motorische Endplatte als Prototyp einer Synapse

Vorteil:

• Gute Zugänglichkeit

• Größe

Anatomie der motorischen Endplatte als Prototyp einer Synapse

3 interagierende Zelltypen: Motoneuron, Skelettmuskel, Schwannzelle

Strukturen:

- Präsynaptische Spezialisierung

- postsynaptische Spezialisierung

- Basalmembran

Ramon y Cajal (um 1900):

„protoplasmatischer Kuß“

- erste Erkennung

(romantische Phase)

- Ausbildung des Kontakts

(Heirat)

- Gegenseitige Anpassung

(verheiratete Phase)

- Scheidung ?

Stufen der Synaptogenese

E13 (Ratte): Myoblasten fusionieren zu Muskelfasern, Motoneurone sekretieren

Acetylcholin

E14: Erste Kontakte, Flecken an Basalmembran bilden sich

E16: Acetylcholin-Rezeptoren klustern, Multiple Innervation der Muskelfasern,

Basalmembran wird kontinuierlich, Synaptische Vesikel akkumulieren,

Cholinacetyltransferase wird vermehrt gebildet, Acetylcholinesterase akkumuliert

in der Spalte

Geburt: Menge an extrajunktionalen Acetylcholin-Rezeptoren nimmt ab

Erwachsenes Tier: Falte bildet sich, alle bis auf eine Nervenendigung verschwinden,

keine extrajunktionalen Acetylcholin-Rezeptoren, Struktur der Acetylcholin-

Rezeptoren ändert sich (Epsilon-Untereinheit ersetzt Gamma-Untereinheit)

Regulation der Synaptogenese

Wie findet die Kommunikation statt?

Agrin KO:

- keine korrekte Innervation

- keine postsynaptische

Differenzierung

Vermutlich ist Agrin ein

neuronales Signal für korrekte

Synapsenbildung

Agrin (225 kDa)

Mosaikstruktur, alternativ gespleißte Isoformen

(vermutlich Rolle auch im ZNS)

Bdg. an Basallamina

AchR-Clustering

Scheidung? (nach Julien, Trends Cell Biol. 7:243(1997))

Amyotrophe Lateralsklerose

(ALS)

Signalübertragung an der motorischen Endplatte

Aktivierung des (nikotinischen)

Acetylcholinrezeptors induziert die

Bildung eines Aktionspotentials, das sich

in die T-Tubuli ausbreitet

Vergleich der Muskelarten

Skelett-

muskulatur

Herz-

muskulatur

Glatte

Muskulatur

Motorische

Endplatte Syncytium

Zellkern/Faser

oder Zelle Sarkomer

ja

nein

nein

ja

nein

(funktionell

aber ja)

nein

mehrere

1

1

ja

ja

nein

(„cytoplasmic dense

bodies“ analog

der Z-Scheibe)

Signalübertragung durch Motoneurone des vegetativen

Nervensystems

Keine spezialisierten prä- oder

postsynaptischen Regionen sondern

Auftreten von Schwellungen

(Varikositäten) an denen

Neurotransmitter (Acetylcholin oder

Noradrenalin) sekretiert werden.