Wissenschaftler der Universitätsklinik Heidelberg haben eine neue Gruppe von Nervenzellen entdeckt, die die Signalübertragung im Gehirn reguliert. Diese so genannten „Multipolar Bursting-Zellen“ (MB-Zellen) beeinflussen mithilfe eines bisher unbekannten Mechanismus das Zusammenspiel von Nervenzellen beeinflussen.
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Einerseits verhindern die MB-Zellen eine übermäßige Weiterleitung von Nervenimpulsen. Andererseits geben sie den „Takt“, das heißt die Frequenz der Signalübertragung vor. Die herausragenden Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Neuron“ veröffentlicht. Sie bilden einen wichtigen Grundstein für das Verständnis des Zusammenspiels von Nervenzellen, das u.a. bei psychischen Erkrankungen wie der Schizophrenie und Depression gestört ist.
Hemmende Nervenzellen regulieren die Signalübertragung
Die Informationsverarbeitung im Gehirn wird durch das Zusammenspiel von aktivierenden und hemmenden Nervenzellen geregelt. Aktivierende Nervenzellen (Prinzipalzellen) leiten Informationen von Sinnenswahrnehmungen an das Gehirn sowie an ausführende Organe, beispielsweise an die Muskulatur, weiter. In diesen Prozess greifen hemmende Nervenzellen, inhibitorische Interneurone genannt, regulierend ein. Dies ist von großer Bedeutung, denn eine unkontrollierte, übermäßige Weiterleitung von erregenden Impulsen wäre schädlich und könnte etwa zu epileptischen Anfällen führen. Interneurone gewährleisten somit die notwendige Balance zwischen Erregung und Hemmung im Gehirn.
Zusätzlich geben Interneurone den „Takt“ vor, in dem Nervenimpulse weitergeleitet werden. Diese Aktivitätsrhythmen unterscheiden sich in ihrer Frequenz abhängig von der Gehirnregion und vom Zeitpunkt. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei grundlegenden Funktionen des Gehirns. So hängt ein gegebener Rhythmus mit bestimmten Verhaltensformen wie Schlaf, Traum, Wachsein, Aufmerksamkeit oder Lernen zusammen.
Schlüssel-Protein beeinflusst Informationsfluss
„Wir haben in der Großhirnrinde von Mäusen eine bislang unbekannte Gruppe von hemmenden Interneuronen entdeckt. Diese „Multipolar Bursting“(MB)-Zellen bilden dort eine Nervenzell-Gruppe mit einem relativ langsamen Aktivitätsrhythmus“, erklärt Maria Blatow vom Universitätsklinikum Heidelberg. Da MB-Zellen nicht nur miteinander, sondern auch mit aktivierenden Prinzipalzellen in Kontakt stehen, können sie ihren Rhythmus auf diese übertragen und deren Aktivität „takten“. Derart langsame Aktivitätsrhythmen wurden bei früheren Untersuchungen mit Prozessen wie Aufwachen und Aufmerksamkeit in Verbindung gebracht. Es liegt nahe, dass MB-Zellen für solche Prozesse von Bedeutung sind.
„Wir wollten herausfinden, mit welchem Mechanismus MB-Zellen die Kommunikation zwischen einzelnen Nervenzellen und Nervenzell-Gruppen beeinflussen. Dazu untersuchten wir die Übergangsstellen zwischen den Nervenzellen, die so genannten Synapsen, an denen die Signalweiterleitung erfolgt“, beschreibt die Wissenschaftlerin ihre Arbeit. Die Forschergruppe entdeckte ein wichtiges Protein, mit dessen Hilfe die MB-Zellen an den Übergangsstellen die Signalübertragung regulieren. „Es zeigte sich, dass auch andere Nervenzellen, die dieses Protein enthalten, den gleichen Mechanismus benutzen können.“
„Wenn wir verstehen welche Zellen im Gehirn miteinander kommunizieren und wie sie das tun, dann gibt uns das auch Einblicke in die komplexen Funktionen des Gehirns“, sagt Dr. Maria Blatow. Ohne dieses Wissen ist ein genaues Verständnis von neurologischen oder psychiatrischen Erkrankungen, wie z.B. Schizophrenie oder Depression, unmöglich, bei denen vermutlich das Zusammenspiel von Nervenzellen nicht funktioniert.
Förderpreis der „International Graduate School of Neuroscience“
Für die erfolgreichen Arbeiten unter Leitung von Professor Hannah Monyer, Ärztliche Direktorin der Abteilung Klinische Neurobiologie in der Neurologischen Universitätsklinik Heidelberg, und in Zusammenarbeit mit Dr. Andrei Rozov, Leiter der Arbeitsgruppe Elektrophysiologie, wurde die Nachwuchsforscherin Dr. Maria Blatow mit dem Förderpreis der „International Graduate School of Neuroscience“ (ISGN) der Ruhr-Universität Bochum ausgezeichnet.
(idw – Universitätsklinikum Heidelberg, 15.12.2004 – DLO)
