Nervenzellen auf der Überholspur

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Nummer 64 - Bochum, 12.5.2015 12.05.2015

Nervenzellen auf der Überholspur

Dopamin produzierende Neuronen erfüllen wichtige Funktion im Gehirn

Bochumer und Bonner Wissenschaftler forschen gemeinsam

Nervenzellen, die zur Signalübertragung auf andere Zellen den Stoff Dopamin produzieren, beeinflussen zahlreiche wichtige Gehirnfunktionen. Sichtbar wird das bei Erkrankungen wie Parkinson und Schizophrenie, bei denen die Dopamin-Übertragung im Gehirn beeinträchtigt ist. Zusammen mit Forschern aus Bonn haben RUB-Wissenschaftler der Mercator Forschergruppe „Strukturen des Gedächtnisses“ nun herausgefunden, wie sich eine spezielle Form dieser wichtigen Zellen bildet und welche Netzwerke sie im Lauf der Gehirnentwicklung ausbildet. Dabei entdeckten die Wissenschaftler eine Art Datenautobahn: Die Nervenzellen nutzen nicht nur Dopamin zur Signalübertragung, sondern auch das deutlich schnellere Glutamat. Die Ergebnisse sind nun im Fachjournal „Nature Neuroscience“ veröffentlicht.

Schlüsselrolle in der Signalübtertragung

Dopamin produzierende Neurone nehmen eine Schlüsselrolle in der Signalübertragung ein: Während der Gehirnentwicklung reifen sie zu mehreren spezialisierten Subtypen heran, die als eine Art Netzwerker zu zahlreichen anderen wichtigen Gehirnregionen Verknüpfungen herstellen. Ihr Name rührt daher, weil sie Dopamin als Botenstoff nutzen. Dieser Neurotransmitter ist sehr wichtig: Er beeinflusst zum Beispiel Bewegungssteuerung, Belohnungsvehalten, Motivation und Impulsivität. Bei Erkrankungen wie Parkinson und Schizophrenie kommt es zum Absterben der Dopamin-Neurone beziehungsweise zu Störungen in der Dopamin-Signalübertragung.

Glutamat sorgt für schnelle Signalübertragung

Wissenschaftler der Universität Bonn haben nun in einer Kooperation mit Kollegen des Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE), dem Life & Brain Zentrum Bonn sowie der Mercator Forschergruppe „Strukturen des Gedächtnisses“ im Tiermodell eine Art Datenautobahn entdeckt. Während die Signalübertragung zwischen den Nervenzellen mittels Dopamin vergleichsweise langsam ist, haben die untersuchten Dopamin produzierende Neurone zusätzlich Glutamat als Botenstoff benutzt.

Forscher regten einzelne Nervenzellen durch Lichtreize an

Mit gentechnologischen Methoden koppelten die Wissenschaftler die Dopamin produzierenden Neuronen von Mäusen mit lichtempfindlichen Proteinen. Dadurch konnten sie einzelne dieser Dopamin-Nervenzellen mit Lichtreizen anregen und den Signalweg weiterverfolgen. Mittels des Glutamats wurden im präfrontalen Cortex, einer Art Kontrollzentrum des Gehirns, lokale hemmende Neurone aktiviert. Diese sind wiederum für die Regulation der Signalübertragung im Präfrontalen Cortex zuständig: Sie entscheiden zum Beispiel mit darüber, ob ein Signal weitergeleitet wird. Um herauszufinden, wie verschiedene Subtypen von Dopamin produzierenden Neuronen entstehen, schalteten die Wissenschaftler in den Mäusen ein Gen stumm. So wurde die Bildung von Dopamin-Nervenzellen im präfrontalen Cortex unterdrückt.

Mäuse mussten ein aufblinkendes Licht anstupsen

Welche Auswirkungen hatten die fehlenden Dopamin produzierenden Zellen? Das testeten die Bonner Wissenschaftler zusammen mit dem Team von Prof. Dr. Magdalena Sauvage von der Ruhr-Universität Bochum in Aufmerksamkeitsversuchen. Die Mäuse wurden mit Futter belohnt, wenn sie möglichst rasch ein aufblickendes Licht anstupsten. „Die Ergebnisse zeigten, dass die Tiere, in denen genetisch die Dopamin produzierenden Zellen ausgeschaltet waren, keine offensichtliche Veränderung in ihrer Aufmerksamkeit und Impulskontrolle, aber ein deutlich verstärktes Beharren auf bereits einstudierten Verhaltensmustern aufwiesen“, so Prof. Sauvage. Ein krankhaftes Festhalten an Vorstellungen oder die Wiederholung von Wörtern oder Bewegungen in unpassenden Zusammenhängen tritt auch bei psychischen Erkrankungen wie Zwangsstörungen oder Schizophrenie auf, in denen die Funktion des präfrontalen Cortex gestört ist. Die Ergebnisse der Forschungskooperation tragen also zu einem besseren Verständnis der Entwicklung und Funktion der Dopamin produzierenden Neurone und möglicherweise damit zusammenhängender Erkrankungen bei.

Titelaufnahme

A. Kabanova et al. (2015): Function and developmental origin of a mesocortical inhibitory circuit, Nature Neuroscience, DOI: 10.1038/nn.4020

Redaktion

Raffalea Römer
Dezernat Hochschulkommunikation

Weitere Informationen

Prof. Dr. Magdalena Sauvage Tel: +49(0)234 32-27135
Mercator Forschergruppe „Strukturen des Gedächtnisses“ magdalena.sauvage@rub.de