Endocytic trafficking and oligodendroglial exosome secretion in axon-glia communication and myelination

Oligodendrocytes form specialized plasma membrane extensions which spirally enwrap axons, thereby building up the myelin sheath. During myelination, oligodendrocytes produce large amounts of membrane components. Oligodendrocytes can be seen as a complex polarized cell type with two distinct membrane domains, the plasma membrane surrounding the cell body and the myelin membrane. SNARE proteins mediate the fusion of vesicular cargoes with their target membrane. We propose a model in which the major myelin protein PLP is transported by two different pathways. VAMP3 mediates the non-polarized transport of newly synthesized PLP via recycling endosomes to the plasma membrane, while transport of PLP from late endosomes/lysosomes to myelin is controlled by VAMP7. In the second part of the thesis, the role of exosome secretion in glia to axon signaling was studied. Further studies are required to clarify whether VAMP7 also controls exosome secretion. The thesis further focused on putative metabolic effects in the target neurons. Oligodendroglial exosomes showed no obvious influences on neuronal metabolic activity. Analysis of the phosphorylation levels of the neurofilament heavy subunit revealed a decrease in presence of oligodendrocytes, indicating effects of oligodendroglial exosomes on the neuronal cytoskeleton. Finally, candidates for kinases which are possibly activated upon influence of oligodendroglial exosomes and could influence neuronal survival were identified.

Oligodendrozyten bilden spezialisierte Ausläufer der Plasmamembran, welche das Axon spiralförmig umwinden und dabei die Myelinscheide aufbauen. Während der Myelinisierung werden große Mengen an Membrankomponenten gebildet. Ein Oligodendrozyt kann als komplexer polarisierter Zelltyp mit zwei verschiedenen Membrandomänen angesehen werden, die den Zellkörper umgebende Plasmamembran und die Myelinmembran. SNARE-Proteine vermitteln die Fusion von Vesikeln mit ihrer Zielmembran. Auf der Basis unserer Studien schlagen wir ein Modell vor, in dem das Hauptmyelinprotein PLP auf zwei unterschiedlichen Transportwegen befördert wird. VAMP3 vermittelt dabei den nicht-polarisierten Transport von neu synthetisiertem PLP über Recycling-Endosomen zur Plasmamembran, während der Transport von PLP von späten Endosomen/Lysosomen zur Myelinmembran von VAMP7 kontrolliert wird. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Rolle der Exosomensekretion bei der Kommunikation zwischen Gliazelle und Axon studiert. Weitere Studien sind erforderlich, um zu klären, ob VAMP7 ebenfalls die Exosomensekretion kontrolliert. Diese Arbeit fokussierte sich darüber hinaus auf die möglichen metabolischen Effekte in den Zielneuronen. Oligodendrogliale Exosomen zeigten keine eindeutigen Effekte auf die Stoffwechselrate der Neuronen. Die Analyse der Phosphorylierung der schweren Untereinheit in Neurofilamenten zeigte eine signifikante Reduzierung durch Oligodendrozyten, was Auswirkungen auf das neuronale Zytoskelett vermuten lässt. Schließlich wurden Kinasen als Kandidaten ermittelt, die durch oligodendrogliale Exosomen aktiviert werden und Einfluss auf die Lebensfähigkeit der Neuronen haben könnten.