Hirnforschung Vielseitige Dirigenten in unserem Gehirn

Gliazellen waren für Santiago Ramón y Cajal das reinste Ärgernis. Sie störten den genialen spanischen Anatomen, als er gegen Ende des 19. Jahrhunderts seine berühmt gewordenen mikroskopischen Hirnuntersuchungen vornahm. Immer wieder trübten sie seinen Blick auf die Nervenzellen, die Neuronen. „Trüber Nebel“, das war seine wenig schmeichelhafte Charakterisierung der Gliazellen. Später entwickelte Ramn eine Färbetechnik, mit der die störenden Elemente genauer untersucht werden konnten. Gemessen an den Stars, den Neuronen, blieben sie aber das Aschenputtel. Und diese glanzlose Rolle sollten sie noch bis gegen Ende des vergangenen Jahrhunderts verkörpern.

Gliazellen sind Mitte des 19. Jahrhunderts von dem deutschen Pathologen Rudolf Virchow entdeckt und benannt worden. „Glia“ bedeutet so viel wie „Leim“oder „Kitt“. Diese Bezeichnung galt als treffend, schienen doch die Zellen nichts anderes als eine Stütz- und Ernährungsfunktion für Nervenzellen innezuhaben. Man sah in ihnen stumme Diener der Neuronen. Wie sich allmählich zeigte, handelt es sich um eine erstaunlich große Dienerschaft. Im Gehirn des Menschen, so eine Schätzung, finden sich mindestens zehnmal so viele Gliazellen wie Neuronen, wobei die Zahl der Neuronen grob auf hundert Milliarden veranschlagt wird.

Der Durchbruch kündigte sich in den achtziger Jahren an

Die Glia-Fraktion ist alles andere als einheitlich. Neben den Mikroglia-Zellen, die den Fresszellen des Immunsystems ähneln und eine Art Gesundheitspolizei darstellen, umfasst sie die Oligodendrozyten, die das Isoliermaterial für Nervenzell-Ausläufer bilden, und die meist sternförmigen Astrozyten. Vor allem die Astrozyten bringen die Voraussetzungen für einen gehobenen Dienst im Zentralnervensystem mit. So beobachtete man in den sechziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts, dass sie die Konzentration von Kalium-Ionen in der Umgebung von Neuronen konstant halten.

Wie sich weiter zeigte, beeinflussen sie unter anderem die Konzentration an Wasserstoff-Ionen, den Umsatz neuronaler Botenstoffe und den Energiehaushalt des Gehirns. Der wahre Durchbruch kündigte sich in den achtziger Jahren an, wobei deutsche Forscher maßgeblich beteiligt waren.

In der Sprache der Neuronen

So hatte Helmut Kettenmann – damals an der Universität Heidelberg und heute am Berliner Max Delbrück-Centrum tätig – bei Astrozyten jene Ionenkanäle gefunden, die bis dahin als exklusives Kennzeichen von Neuronen galten. Entsprechend groß war die Skepsis in der Forschergemeinde. Aber Kettenmann ließ sich nicht beirren. Zusammen mit Andreas Reichenbach von der Universität Leipzig, Christian Steinhäuser von der Universität Jena – heute an der Universität Bonn – und anderen Wissenschaftlern organisierte er eine Glia-Forschungsfront.

In den neunziger Jahren wies man nach, dass sich manche Gliazellen untereinander verständigen, und zwar über Kontaktporen, sogenannte „gap junctions“. Kalzium-Ionen bilden das Alphabet dieser Gliasprache. Die Information wird freilich im Schneckentempo weitergereicht. Nervenzellen kommunizieren rund eine Million Mal so flott. Doch Gliazellen können nicht nur mit ihresgleichen in Kontakt treten, sondern auch mit Neuronen. Hierbei erfolgt die Verständigung durch den Nervenbotenstoff Glutamat, also in der Sprache der Neuronen. Astrozyten, so zeigte sich, können Glutamat päckchenweise freisetzen, ähnlich wie das die Neuronen in ihren Kontaktstellen, den Synapsen, machen. Es reifte sogar die Vorstellung von einer dreiteiligen Synapse, bestehend aus den beiden neuronalen Elementen und einem Glia-Teil.

Ein unentbehrlicher Partner der Nervenzellen

Zunehmend wurde jedenfalls deutlich, dass Astrozyten und in gewissem Umfang auch Oligodendrozyten beim Weiterleiten von Nervensignalen helfen, fast ein zweites Gehirn bilden. Jüngst vorgenommene Versuche an Fadenwürmern lassen ahnen, wie wichtig Gliazellen für die neuronale Informationsverarbeitung sind: Sensorische Neuronen wurden gewissermaßen blind für Außenreize, wenn sie ohne Gliazellen auskommen mussten.

Erst mehr als hundert Jahre nach seiner Entdeckung konnte der Nervenleim aus dem Schatten der Neuronen heraustreten. Er erwies sich nicht nur als unentbehrlicher Partner der Nervenzellen, sondern sogar als deren Ursprung. Denn aus Gliazellen können Nervenzellen hervorgehen, und das sogar noch im ausgewachsenen Gehirn. Der Nervenkitt wird jedenfalls nicht mehr als „trüber Nebel“ verunglimpft, sondern er erstrahlt in immer hellerem Glanz.