Im Nervensystem von Vertebraten ist die Umhüllung der Nervenfasern durch so genannte „Myelinscheiden“ essentiell für die schnelle und akkurate Fortleitung von Nervenimpulsen. Die Dicke dieser Myelin-Schichten ist im gesunden Organismus stets proportional zur Stärke der Nervenfaser. Ein Wissenschaftlerteam des Max-Planck-Instituts für experimentelle Medizin um Prof. Klaus Armin Nave hat jetzt bei Mäusen entdeckt, dass diese Proportionalität über den so genannten axonalen Neuregulin-1-Faktor (Nrg1) reguliert wird.
Je nachdem, wie viel von diesem Signal auf der Oberfläche von Nervenzellen exprimiert wird, desto stärker oder schwächer wachsen die Schwannschen Zellen, die die Myelin-Schutzschicht um die Nervenfasern bilden (Science, 26. März 2004). Die Entdeckung dieses Wachstumsfaktors ist von grundsätzlicher Bedeutung für ein besseres Verständnis körpereigener Reparaturprozesse und insbesondere für Therapien demyelinisierender Erkrankungen des Menschen, wie der Multiplen Sklerose.
Isolator für Nervenimpulse
Myelin funktioniert in unserem Nervensystem als ein elektrischer Isolator für die Ionenströme im Nervenzellfortsatz (Axon). Es ist damit unmittelbar für die hohe Geschwindigkeit der Reizweiterleitung verantwortlich. Myelinscheiden entstehen durch einen Wachstumsprozess hochspezialisierter Gliazellen sowohl entlang dünner als auch dicker Axone. Im peripheren Nervensystem sind es Schwannzellen, die sich spiralförmig um das Axon wickeln. Die Dicke der dabei entstehenden Myelinscheide ist erstaunlicherweise immer proportional zur Dicke des umwickelten Axons selbst. Seit fast einhundert Jahren stellt man sich deshalb bereits die Frage, auf welche Weise die Schwannzellen „wissen“ können, ob sie gerade ein dickes oder ein dünnes Axon umwickeln, um dann entsprechend unterschiedlich stark wachsen.
Wachsumsfaktor als Regler identifziert
Wissenschaftlern am Max-Planck-Institut für experimentelle Medizin ist es nun gelungen, mit der Hilfe von transgenen Mäusen und Mausmutanten einen wichtigen Mechanismus dieser Axon-Glia-Kommunikation aufzudecken. Danach exprimieren Nervenzellen (Neurone) einen Wachstumsfaktor, Neuregulin-1, und präsentieren diesen auf der Oberfläche ihrer Nervenenden (Axone) den Myelin-bildenden Schwannzellen, den diese dann durch Rezeptorproteine erkennen. Die Forscher stellten fest, dass es die Menge des Neuregulin-1-Faktors ist, die den Schwannzellen auf biochemischem Weg sagt, welchen Durchmesser das zu umwickelnde Axon hat. Denn dicke Axone haben eine größere Oberfläche mit mehr Neuregulin-1 als dünnere Nervenenden.
Verringert man nun in einer Mausmutante das axonale Neuregulin-1-Signal experimentell auf die Hälfte, so erhalten die Myelin-bildenden Schwanzellen falsche Informationen über den Durchmesser des Axons. Tatsächlich bilden sie in den Experimenten dann weniger Myelin, eben nur für ein kleinkalibrigeres Axon. Dadurch aber ist das dicke Axon schlechter isoliert und die Nervenleitgeschwindigkeit in dieser Mausmutante geht zurück.
Umgekehrt beobachteten die Max-Planck-Wissenschaftler genau das Gegenteil in transgenen Mäusen, die sie durch Überexpression dieses Gens dazu gebracht hatten, eine überhöhte Menge des axonalen Neuregulin-1-Signals in ihren Neuronen zu produzieren. Diese Fehlinformation führte zu einem übermäßigen Wachstum der Schwannzellen und einer pathologisch überhöhten Myelinbildung, wie man sie in Mäusen normalerweise nicht beobachten kann.
Neue Hoffnungen für gezielte Therapien
Die Forscher vermuten, dass sich auch im zentralen Nervensystem ein ähnliches Signalsystem zwischen Axonen und Gliazellen entwickelt hat und die Myelinbildung steuert. Das zu untersuchen ist Gegenstand ihrer nächsten Projekte. Michael Sereda, Neurologe am Klinikum der Universität Göttingen und einer der Autoren der Studie, sagt: „Die Entdeckung dieses Wachstumsfaktors, der den Umfang der Myelinbildung im Nervensystem steuert, ist von grundlegender Bedeutung und weckt auch neue Hoffnungen. Weitere Experimente sollen zeigen, ob man mit Neuregulin gezielt Reparaturprozesse im kranken Nervensystem unterstützen und für Therapien, zum Beispiel bei Multipler Sklerose, einsetzen kann. Doch bis dahin ist es noch ein langer Weg.“
(Max-Planck-Institut für experimentelle Medizin, 29.03.2004 – NPO)
