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„Nerven-Dirigent“ entschlüsselt

Signalfaktoren bei Nervenzellen für Wachstum und Orientierung gleichzeitig zuständig

Im Vordergrund des Bildes teilt sich der von links kommende Hinterbeinnerv. Der obere Teil, der den Beugermuskel innerviert, enthält große Mengen des Ret-Rezeptors (rot gefärbt). Der untere Teil, der den Streckermuskel steuert, bildet dagegen wenig Ret-Rezeptor (gelb gefärbt). Der Nervenast mit der hohen Ret-Konzentration wird zu dem Bereich mit viel Signalfaktor GDNF (hell blau gefärbt) abgelenkt und wächst durch diesen Bereich hindurch. Im Hintergrund ist ein Mausembryo abgebildet, bei dem alle Nervenbahnen angefärbt sind (grau) - mit den Nerven der beiden Hinterbeine rechts und links von der Bildmitte. © Max-Planck-Institut für Neurobiologie

Gehen und Sprechen sind für uns meist selbstverständlich. Doch was wir unbewusst erledigen, verlangt von unserem Körper eine große motorische Leistung: Muskelgruppen spielen wie Musiker in einem Orchester zusammen und werden in ihrer Arbeit von Nervenzellen dirigiert. Nun haben Wissenschaftler herausgefunden, woher die Nervenzellen wissen, für welchen Muskel sie zuständig sind: Spezielle Signalstoffe lassen die Nervenzellen nicht nur wachsen, sondern leiten sie auch geschickt zu den richtigen Muskelfasern.

Damit sich ein Lebewesen koordiniert bewegen kann, muss der richtige Nerv zum richtigen Muskel finden. Dabei darf er trotz der vielen Richtungswechsel die Orientierung nicht verlieren. Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut (MPI) für Neurobiologie in Martinsried haben nun diese Koordinationsleistung der Nervenbahnen von Mäusen mit französischen und amerikanischen Kollegen von den Universitäten Michigan (USA) und Marseille (Frankreich) untersucht. Ihre Ergebnisse wurden in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Neuron vom 06. April 2006 veröffentlicht.

Signalfaktoren mit Doppelfunktion

In ihren Experimenten befasste sich das Team um Rüdiger Klein vom MPI mit dem Signalfaktor GDNF (engl. glial cell line-derived neurotrophic factor) und dessen Rezeptor Ret. Über dieses Signalpaar war bisher nur bekannt, dass es Motoneurone am Leben erhält und das Auswachsen ihrer Axone bewirkt. Nun konnten die Wissenschaftler zum ersten Mal nachweisen, dass das GDNF/Ret-System in der Nervenzelle eine Doppelfunktion hat: Es kann auch Nervenzellen bei der Entwicklung von Organismen zum richtigen Muskelgewebe leiten.

Die Neurobiologen beobachteten dazu die Entwicklung einer motorischen Nervenbahn, die im Hinterbein der Maus den Strecker- und Beugermuskel steuert: Durch Färbemethoden konnten sie nachweisen, dass der Teil der Nervenbahn, der den Beugermuskel versorgt, verstärkt den Rezeptor Ret bildet. Diese Axone wanderten in die Bereiche des Beines, in denen die Forscher besonders viel von dem Faktor GDNF fanden. Schalteten die Wissenschaftler das GDNF/Ret-System genetisch aus, so wanderten die Motoneurone in die falsche Richtung und endeten am Streckermuskel statt am Beugermuskel. Da die Muskeln nun falsch verschaltet waren, konnte sich die Maus nicht richtig bewegen. Das war ein eindeutiger Hinweis darauf, dass das GDNF/Ret-Signalsystem bestimmt, welche Muskeln die Motoneurone ansteuern.

Richtige Orientierung der Nervenzellen gesteuert

Dabei kooperiert GDNF/Ret mit dem Ephrin/Eph-System. In früheren Versuchen war es den Max-Planck-Forschern bereits gelungen, die Rolle der Ephrine und ihrer Rezeptoren bei der Entwicklung von Nervensystem sowie Blut- und Lymphgefäßen zu entschlüsseln. Damals hatten sie festgestellt, dass dieses Signalpaar den Nerven hilft, Muskeln zu steuern. Ephrin/Eph und GDNF/Ret funktionieren jedoch unabhängig voneinander. Das heißt, die Signalfaktoren eines Systems werden auch gebildet, wenn das andere blockiert ist. Doch die Faktoren eines Systems können alleine nicht dafür sorgen, dass sich die Nervenzellen richtig orientieren.

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Damit haben Klein und seine Kollegen gezeigt, dass das GDNF/Ret-Signalpaar für die Ausrichtung der Nervenzellen wichtig sein muss – eine Eigenschaft, die von einem Nervenwachstumsfaktor bisher nicht bekannt war. Dies ist ein weiteres Beispiel dafür, dass die Natur ein bewährtes System mehrfach einsetzt. Denn GDNF dient den Nervenzellen nicht nur als Überlebens- und Wachstumsfaktor, sondern gibt ihnen auch das Ziel vor. Warum die Natur jedoch gleich zwei Signalwege mit gleicher Funktion entwickelt hat, darüber kann Rüdiger Klein, der die Studie leitete, nur spekulieren: "Wir sind erst ganz am Anfang, die einzelnen feinen Mechanismen zu verstehen, die dafür sorgen, dass unser Bewegungsapparat so perfekt mit Nervenzellen verbunden und gesteuert wird. Da das menschliche Nervensystem auf den gleichen Signalsystemen basiert, könnte diese Studie auch helfen, seine Entwicklung besser zu verstehen."

(Max-Planck-Institut für Neurobiologie, 07.04.2006 – AHE)

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