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Rezeptoren sind der Schlüssel

Wie funktioniert die Übertragung im Gehirn?

In Deutschland gibt es rund eine Million Epileptiker und etwa 250.000 Parkinson-Kranke. Während die erste Patientengruppe unter unregelmäßig wiederkehrenden Krampanfällen leidet, bei denen die Kontrolle über den Körper verloren geht, fallen Menschen mit Parkinsonscher Erkrankung meist durch ihre Bewegung und Mimik auf, etwa durch einen schleichenden Gang, das Zittern der Hände und Finger oder aufgrund deines maskenhaften Gesichts. Doch woher rühren diese Symptome?

Informationsübertragung im Gehirn © FZ Jülich

„Im Gehirn von Parkinson-Kranken, Epileptikern oder Schlaganfall-Patienten verhalten sich die Transmitterrezeptoren anders als bei Gesunden“, sagt Professor Karl Zilles, Leiter des Instituts für Medizin (IME) im Forschungszentrum Jülich. Transmitterrezeptoren sind entscheidend für die Informationsübertragung im Gehirn – ohne sie könnten Nervenzellen nicht miteinander „sprechen“. Wissenschaftler des IME und des Instituts für Nuklearchemie (NC) untersuchen die komplexen Zusammenhänge, in die die verschiedenen Rezeptortypen im Gehirn von Gesunden und Kranken eingebunden sind.

Transmitterrezeptoren sind Eiweißmoleküle in der Membran der Nervenzellen. ( Neuronen). An ihnen können Botenstoffe – sogenannte Neurotransmitter – ankoppeln. Die Boten wurden zuvor von einer anderen Nervenzelle an speziellen Kontaktstellen, den Synapsen, freigesetzt, um eine Nachricht zu übermitteln. Beim Andocken an den Rezeptor wird dieser aktiv: Er kann dann zum Beispiel einen Ionen-Kanal öffnen, durch den elektrisch geladene Teilchen in das Neuron einströmen. Dadurch ändert sich die elektrische Ladungsverteilung zwischen dem Inneren der Zelle und ihrer Umgebung: Die Nervenzelle wird „erregt“. Ist die Erregung stark genug, setzt die Zelle ihrerseits wieder Botenstoffe frei. Sie leitet die Nachricht damit an andere Zellen weiter, bevor sie sich wieder „beruhigt“.

Manche Transmitterrezeptoren werden auf andere Weise tätig: Sie greifen steuernd in den Stoffwechsel der Nervenzelle ein oder aktivieren Teile der zelleigenen Erbinformation. So können Transmitterrezeptoren zum Beispiel das Wachstum eines Neurons beeinflussen oder ihm bei der Anpassung an besondere funktionelle Erfordernisse helfen. Rezeptoren sind „Spezialisten“: „Ein Rezeptor akzeptier immer nur einen einzigen von vielen verschiedenen Transmittertypen. Umgekehrt allerdings kann ein Botenstoff an verschiedene Rezeptortypen und -subtypen binden“, erläutert Prof. Zilles.

Dies ist der Grund für eine erstaunliche Beobachtung: Ein und derselbe Botenstoff kann durch Bindung an unterschiedliche Rezeptoren in einem Fall erregend und im anderen hemmend wirken. Die Hirnforscher kennen sieben klassische, chemisch relativ einfache und schnell wirkende Neurotransmitter im Zentralnervensystem des Menschen. Daneben gibt es mehr als 20 komplizierter aufgebaute Botenstoffe, die Neuropeptide. Dem steht ein Vielfaches an Transmitterrezeptortypen gegenüber – und es sind sicher noch nicht alle entdeckt.

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Zusätzlich verkompliziert wird die Situation dadurch, dass die gleichen Rezeptoren und Transmitter in verschiedenen und oft nur wenige Millimeter weit auseinanderliegenden Gehirnarealen unterschiedliche Effekte ausüben können: So kann derselbe Rezeptor in motorischen Hirnregionen beispielsweise fördernd oder hemmend auf Bewegungen einwirken, in Regionen, die für das Gedächtnis wichtig sind, jedoch die Erinnerungsfähigkeit beeinflussen.

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Stand: 16.03.2001

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Gehirnforschung
Dem menschlichen Denken auf der Spur

Kopf oder Herz?
Auf der Suche nach dem Sitz des Denkens

Eine Landkarte des Geistes
Hirnforschung heute

Hohe Erwartungen
Ziele und Möglichkeiten der Hirnforscher

Schau mal, wie der denkt...
Moderne Methoden der Hirnforschung

Echo in Echtzeit
Kernspin- oder Magnetresosanz- Tomographie (MRT)

Dem "Beruf" der Akteure auf der Spur
Positronen- Emissions- Tomographie (PET)

Einblick in biochemische Transportwege
Single- Photon- Emissions- Computer- Tomographie (SPECT)

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