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Hirnforschung : Gehobener Dienst im Gehirn

  • -Aktualisiert am

Mehr als Füllmaterial des Gehirns:: die sternförmigen Astrozyten. Foto Christian Steinhäuser Bild:

Daß wir zum Denken befähigt sind, verdanken wir den Nervenzellen oder Neuronen. Aber nicht nur ihnen. Auch die oft unterschätzten Gliazellen können kommunizieren.

          3 Min.

          Daß wir zum Denken und zu den vielen anderen Hirnleistungen befähigt sind, verdanken wir den Nervenzellen oder Neuronen. Aber nicht nur ihnen. Denn wie sich immer klarer abzeichnet, trägt auch eine zweite, zahlenmäßig sogar weit überwiegende Fraktion von Hirnzellen nicht unerheblich zu diesen Leistungen bei. Es handelt sich um die Gliazellen. Jahrzehntelang als langweilige, stumme Diener der Neuronen verunglimpft, rücken sie nun zunehmend ins Rampenlicht der Forschung. Es scheint, daß Gliazellen durchaus am Informationsaustausch innerhalb der neuronalen Netzwerke beteiligt sind und vielleicht sogar eine Rolle als Dirigenten übernehmen können. Ihre "Sprache" ähnelt jedenfalls stark derjenigen von Neuronen. Das belegen neue Untersuchungen von Forschergruppen um Andrea Volterra von der Universität Lausanne und Christian Steinhäuser von der Universität Bonn.

          Zwiegspräche mit Neuronen


          Unter den verschiedenen Sorten von Gliazellen bringen vor allem die Astrozyten die Voraussetzungen für einen gehobenen Dienst im Zentralnervensystem mit. Diese Zellen, deren Name von der typischerweise sternförmigen Gestalt herrührt, kommunizieren über die Freisetzung chemischer Botenstoffe mit ihrer Umgebung. Angeregt dazu werden sie dadurch, daß die Kalziumkonzentration in der Zelle auf einen äußeren oder inneren Impuls hin anschwillt. Den Anstoß hierfür kann zum Beispiel ein Neurotransmitter, also ein von Neuronen abgegebener Botenstoff, oder ein von anderen Gliazellen freigesetzter "Gliatransmitter" liefern. Der Anstieg der Kalziumkonzentration veranlaßt manche Astrozyten, nun ihrerseits eine Botschaft auszusenden, und zwar in Form von Glutamat. Sie bedienen sich damit einer chemischen Sprache, die auch Neuronen geläufig ist, handelt es sich beim Glutamat doch um den wichtigsten schnellen Boten zur Übermittlung stimulierender Nervensignale im Gehirn.

          Die Vorstellung, daß sich Astrozyten gezielt in die Zwiegespräche zwischen Neuronen einmischen können, stieß bei vielen Neurowissenschaftlern lange auf Skepsis. Schließlich ist es nicht damit getan, Glutamat in irgendeiner Weise freizusetzen. Vielmehr muß der Überträgerstoff kontrolliert, genau dosiert abgegeben werden, soll die Botschaft unmißverständlich sein. In den Kontaktstellen zwischen Neuronen, den Synapsen, erfolgt diese Freisetzung quantenartig. Mit Glutamat gefüllte Bläschen in der Nervenzelle, sogenannte Vesikeln, verschmelzen mit der Zellmembran und geben dadurch ihren Inhalt schlagartig ab. Daß man bei Astrozyten solche Vesikeln nie nachweisen konnte, diente den Skeptikern als schlagkräftiges Argument gegen die von anderen Forschern angenommene schnelle, gezielte Kommunikation von Gliazellen. Erwogen wurden andere Möglichkeiten der Glutamatabgabe, aber keine davon vermochte wirklich zu überzeugen.

          Suche nach Vesikeln

          In eleganten Experimenten haben die Wissenschaftler um Volterra und Steinhäuser jetzt die lange gesuchten Vesikeln in Astrozyten tatsächlich aufgespürt und deren Funktionsfähigkeit nachgewiesen. Das gelang mit einer Kombination molekularbiologischer und immunologischer Verfahren. Zum Beispiel markierte man charakteristische Transportproteine, die für das Befüllen der Bläschen mit Glutamat wichtig sind, mit Gold und machte sie dadurch in einem speziellen Mikroskop sichtbar. Als Untersuchungsmaterial diente Hirngewebe aus dem Hippokampus der Ratte. Die Vesikeln ähneln denjenigen in den Neuronen, sind aber nicht so dicht gepackt. Das dürfte einer der Gründe dafür sein, daß sie nicht schon früher entdeckt worden sind. Wie die Forscher in der aktuellen Ausgabe von "Nature Neuroscience" berichten, fanden sich Gruppen von Vesikeln bemerkenswerterweise an solchen Stellen in den Astrozyten, die in der Nähe von Glutamat-Bindungsstellen benachbarter Neuronen lagen. Das stützte die Annahme, die Vesikeln dienten der Kommunikation zwischen Gliazellen und Neuronen.

          Den schlüssigen Beweis für die Fähigkeit der Gliazellen, auf ein Signal hin Glutamat gewissermaßen päckchenweise freizusetzen, lieferten schließlich weitere Experimente in der Zellkultur im Labor von Volterra. Dazu markierten die Forscher das Transportprotein für Glutamat in den Vesikeln der Astrozyten mit einer fluoreszierenden Substanz. Wurden die Zellen durch ein Glutamatsignal angeregt, erhöhte sich ihr Kalziumgehalt, und die Vesikeln gaben ihren Inhalt nach außen ab. Dieser Vorgang dauerte ungefähr 200 Millisekunden. Er ist damit etwas langsamer als bei der synaptischen Kommunikation zwischen Neuronen. An der Wirksamkeit dürfte das aber nichts ändern. Das zeigte sich daran, daß benachbarte, für Glutamat empfindliche Zellen sofort auf die chemische Botschaft der Astrozyten reagierten. Nun versuchen die Forscher, die Funktion der kommunikationswilligen Astrozyten im Gehirn selbst zu ergründen. Denkbar wäre, daß diese reich verzweigten Gliazellen nach Art eines Dirigenten einzelne Gruppen von Synapsen miteinander in Einklang bringen. Was die Informationsverarbeitung im Gehirn betrifft, ist eines aber schon jetzt offenkundig: Für immer mehr Hirnforscher sind Neuronen nicht mehr die unangefochtenen, über alles erhabenen Stars.

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