Proteinpaar bringt Hirnzellen in Form

Foto: Nervenzelle

Nervenzellen bilden üblicherweise lange
Fortsätze (links). Doch ohne die Proteine
ADF und Cofilin verkümmern sie zu einer
sphärischen Gestalt (rechts); © K. Flynn

Die Studie des Teams um Professor Frank Bradke liefert Hinweise zur Hirnentwicklung und über die Ursachen von Erkrankungen des Nervensystems. Außer den Forschern von DZNE haben an der Studie auch Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie in Martinsried, der Universität Bonn sowie Kollegen aus dem In- und Ausland gearbeitet.

Unter dem Mikroskop zeigt sich das Gehirn als Geflecht von filigraner Schönheit, in dem Milliarden von Nervenzellen – auch „Neurone“ genannt – miteinander vernetzt sind. Dieses Netzwerk betreibt regen Informationsaustausch. Dabei geschieht der Signaltransport von Neuron zu Neuron über feine Verästelungen des Zellkörpers. Diese typische Struktur muss sich allerdings erst ausbilden. „Junge Neurone haben eine eher unauffällige Gestalt. Sie sind rundlich und erinnern an Kirschen“, meint Bradke. „In diesem Stadium ähnelt die Hirnzelle einer Insel. Sie ist isoliert, ohne direkten Kontakt zu anderen Zellen.“

Noch in der Frühphase ihrer Entwicklung müssen Nervenzellen daher eine Wandlung durchlaufen. Wenig war bislang darüber bekannt, wie die Zellen diesen Vorgang meistern, der für ihre Funktion so entscheidend ist. Denn ein Neuron muss Fortsätze ausbilden, um mit möglichst vielen Nachbarzellen Verbindungen knüpfen zu können. Dafür müssen zunächst sogenannte Neuriten wie winzige Keimlinge aus dem Zellkörper hervorsprießen. Die Studie der Bonner Forscher und ihrer Kollegen wirft neues Licht auf diesen Vorgang.

Durch verschiedene Untersuchungen an Hirnzellen von Mäusen gelang es den Neurowissenschaftlern, die wesentlichen Akteure der Formveränderung auszumachen: das Zellskelett – ein Gerüst aus Eiweißmolekülen, das der Zelle Gestalt und Stabilität verleiht – sowie zwei Proteine mit den Namen „ADF“ und „Cofilin“. „Wir konnten nachweisen, dass diese beiden Proteine auf das Zellgerüst maßgeblich einwirken“, erläutert Doktor Kevin Flynn. „Wie Scheren durchtrennen sie das Stützkorsett der Zelle an entscheidender Stelle. Durch die Lücke hindurch können sich dann Neuriten entwickeln.“

Dafür gehen diverse Prozesse Hand in Hand: Das Neuron wird in seinem Randbereich insbesondere durch ein Netzwerk fadenförmiger Eiweißmoleküle, die sogenannten Aktin-Filamente, stabilisiert. Die Proteine ADF und Cofilin wirken auf dieses Geflecht, indem sie Aktin-Filamente auflösen und den Abtransport der entstandenen Bruchstücke fördern. Auf diese Weise wird Platz geschaffen für andere Bauteile des Zellskeletts: die „Mikrotubuli“. Sie durchdringen die frei gewordene Lücke und bilden das Rückgrat neuer Zellfortsätze.

MEDICA.de; Quelle: Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen e.V. (DZNE)