Optogenetische Werkzeuge testen psychiatrische Krankheitsbilder

Foto: Zeichnung von Kopf mit Puzzleteilen im Gehirn

Verschiedene psychiatrische Krank-
heiten scheinen ein verbindendes
Merkmal zu haben: ein erhöhtes
Aktivitätsverhältnis zwischen stimu-
lierenden und hemmenden Neu-
ronen; © panthermedia.net / Nelson
Marques

Experimentell sind solche Vermutungen nur schwer zu belegen. Mit Hilfe der Optogenetik, einer neuen, innovativen Methode, mit der durch Licht aktivierbare Proteine aus Mikroorganismen in ausgewählte Neuronen eingebracht werden, könnten diese Zusammenhänge aufgeklärt werden.

In enger Kooperation mit Neurophysiologen aus Stanford hat die Arbeitsgruppe von Peter Hegemann vom Institut für Biologie der Humboldt-Universität einen neuen lichtaktivierten Kanal, Channelrhodopsin (ChR), mit extrem langer Öffnungszeit entwickelt. Dieser ermöglicht es, Neuronen mit einem blauen Millisekunden-Lichtpuls für mehrere Minuten zu aktivieren. Weiterhin wurde eine Channelrhodopsinvariante, die Grünlicht absorbiert, entwickelt. Dadurch eröffnet sich die Möglichkeit, zwei Neuronenpopulationen effizient und unabhängig voneinander mit Licht zu aktivieren.

Beide neu eingeführten optogenetischen Werkzeuge wurden in der Gruppe von Karl Deisseroth (Stanford) in stimulierende und hemmende Neuronen des medialen präfrontalen Kortex von Mäusen implementiert. Während das Verhalten der Mäuse beobachtet wurde, konnte durch eine dünne, flexible Glasfaser situationsabhängig Licht ins Gehirn appliziert werden. Extrazelluläre Ableitungen am Gehirn bestätigten, dass eine Erhöhung der Gamma-Wellen zwischen 30 - 80Hz, wie sie bei Schizophrenie und Autismus beobachtet wird, durch Licht ausgelöst werden konnte.

Hierbei zeigten die Mäuse bei Lichtstimulation krankheitstypisches Verhalten, das mit sozialen Defiziten korrelierte. Bei gleichzeitiger Aktivierung der Grünlicht-absorbierenden ChRs in den hemmenden Neuronen konnte sowohl die erhöhte Aktivität als auch das defizitäre Verhalten kompensiert und normales soziales Verhalten wieder hergestellt werden.

Mit Hilfe dieser neuen optogenetischen Werkzeuge konnte somit gezeigt werden, dass durch Licht aktivierte Neuronen im Kortex der Maus zu Verhaltensänderungen führen, die mit psychiatrischen Krankheiten assoziiert werden können.


MEDICA.de; Quelle: Humboldt-Universität zu Berlin