Synapsen sind Kontaktstellen im Gehirn, die die Nervenzellen miteinander verbinden und dadurch den Informationsfluss ermöglichen. Die Signal gebende Nervenzelle schüttet hier einen chemischen Botenstoff - meist Glutamat - aus, durch den die nachgeschaltete Nervenzelle erregt wird. Seit Jahrzehnten lernen Schüler diesen Aufbau der Synapse. Was jedoch in den meisten Lehrbüchern fehlt ist, dass viele Kontaktstellen mit einer windelartigen Hülle versehen sind.
„Diese abdichtende Hülle wird durch dünne Fortsätze von Astrozyten gebildet“, berichtet Privatdozent Dr. Amin Derouiche, der am Institut für Zelluläre Neurowissenschaften der Universität Bonn zu den Ergebnissen beitrug und jetzt an der Universität Frankfurt/Main arbeitet. Die sternförmigen Astrozyten stellen den Hauptteil der Gliazellen im Gehirn, die etwa zehn bis 100 Mal so häufig vorkommen wie Nervenzellen. „Früher wurden die Gliazellen lediglich als eine Art Kitt angesehen, in den die Nervenzellen eingebettet sind“, erläutert Dr. Derouiche. „Heute weiß man, dass die Astrozyten - wie die Gliazellen insgesamt - wichtige Funktionen für die Nervenzellen übernehmen: Sie sorgen etwa durch Nährstoffe dafür, dass die Nervenzellen reibungslos arbeiten können.“
Ohne „Windel“ an der Synapse wäre die Signalübertragung gestört
Besonders zur Signalübertragung zwischen den Nervenzellen liefert der Astrozyt mit seiner Hülle um die Synapse einen essentiellen Beitrag. „Das Glutamat als Botenstoff einer Synapse könnte ohne diese Abdichtung dann auch an anderen Synapsen in der Umgebung wirken“, sagt der Privatdozent. „Die Signalübertragung wäre gestört.“ Die tuchartigen Fortsätze der Astrozyten, die die „Synapsen-Windel“ bilden, sind mit weniger als einem Zehntausendstel Millimeter nur unter dem Elektronenmikroskop gut zu erkennen. Ist der Informationsfluss zwischen zwei Nervenzellen intensiv, bildet ein Astrozyt eine Umhüllung an der Kontaktstelle. „Die optimalen Umgebungsbedingungen organisiert sich die Synapse also selbst“, sagt Dr. Derouiche.
Wie schafft es der Astrozyt aber, so extrem dünne Fortsätze zu produzieren? Wie lockt die Synapse die Astrozytenfortsätze an, damit sich die Abdichtung an der richtigen Stelle bildet? Astrozyten in einer Zellkultur strecken sich binnen weniger Minuten, wenn man den Botenstoff Glutamat zugibt. In solchen Kulturen konnte auch nachgewiesen werden, dass das Protein Ezrin maßgeblich für das Auswachsen und die Bewegung solch feiner Fortsätze ist. Bis vor kurzem wurde Ezrin nicht im Gehirn vermutet, dabei ist es im Körper sehr verbreitet. „Es kommt besonders in Zellen vor, die in hohem Maß am Stoffaustausch beteiligt sind“, berichtet der Wissenschaftler. Dazu zählen etwa Zellen in Niere, Dünndarm und Plazenta.
Um diese Befunde auch im Gehirn zu bestätigen, nutzten die Forscher die innere Uhr von Hamstern. Bei Dunkelheit wird vermehrt Glutamat in der zuständigen Hirnregion der nachtaktiven Nager ausgeschüttet. Die Wissenschaftler untersuchten Proben von dieser Hirnregion vor und nach Beginn der Aktivitätsphase. Sie beobachteten dabei, dass der Gehalt an Ezrin in den dünnen Astrozytenfortsätzen deutlich zunahm. „Wenn die Ausschüttung des Botenstoffs Glutamat an den Synapsen zunimmt, erfolgt die abdichtende Reaktion der Astrozyten also sehr schnell“, stellt Dr. Derouiche fest.
Ezrin steigert die Beweglichkeit von Krebszellen
„Bei Gliomen, dem häufigsten Hirntumor beim Menschen, ist ebenfalls eine Zunahme an Ezrin feststellbar“, sagt Dr. Derouiche. „Je höher der Gehalt in den Tumorzellen, die mit den Astrozyten verwandt sind, desto bösartiger das Gliom.“ Das könnte damit zusammenhängen, dass mit dem Ezrin die Beweglichkeit der Krebszellen zunimmt. „Damit lässt sich der Nachweis von Ezrin in Astrozyten auch diagnostisch nutzen“, führt der Wissenschaftler aus. Die Forscher wollen damit die Gefährlichkeit von Gliomen einstufen und daran die Therapie ausrichten.
Publikation: Monique Lavialle, Georg Aumann, Enrico Anlauf, Felicitas Pröls, Monique Arpin und Amin Derouiche: Structural plasticity of perisynaptic astrocyte processes involves ezrin and metabotropic glutamate receptors, Proceedings of the National Academy of Sciences. www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1100957108
Kontakt:
Privatdozent Dr. Amin Derouiche
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