Ärzte Zeitung online, 16.02.2010

Forscher entdeckt Enzym, das Nervenzellen im Gehirn wachsen lässt

GÖTTINGEN (eb). Ein Göttinger Hirnforscher hat einen Prozess aufgeklärt, der es Nervenzellen im Gehirn ermöglicht, zu wachsen und Netzwerke zu bilden. Demnach steuert ein Enzym, das eigentlich die Zerstörung von Eiweißbausteinen reguliert, in Nervenzellen den Aufbau des Zellskeletts. So können Nervenzellen ihre für die Signalübertragung im Gehirn notwendigen baumartigen Fortsätze bilden.

Forscher entdeckt Enzym, das Nervenzellen im Gehirn wachsen lässt

Im Gehirn von Mäusen, die kein Nedd4-1 herstellen können, sind die Fortsätze von Nervenzellen kürzer und viel einfacher aufgebaut oben) als im Gehirn normaler Mäuse (unten). © Hiroshi Kawabe, Max-Planck-Gesellschaft

Hiroshi Kawabe, japanischer Gastwissenschaftler am Göttinger Max-Planck-Institut für Experimentelle Medizin, entdeckte an genetisch veränderten Mäusen, dass das Enzym Nedd4-1 für ein normales Dendritenwachstum unverzichtbar ist. Nedd4-1 ist ein Enzym, das eigentlich den Abbau von Eiweißbausteinen in Zellen steuert, indem es sie mit einem anderen Eiweiß namens Ubiquitin verbindet. Derart ubiquitinierte Moleküle werden von der Zelle als "Abfall" erkannt und abgebaut. In manchen Fällen jedoch führt die Ubiquitinierung nicht zum Abbau des markierten Proteins sondern verändert dessen Funktion (Neuron 65, 2010, 358).

Kawabe wies nach, dass das Enzym Nedd4-1 ein als Rap2 bezeichnetes Signalprotein ubiquitiniert, und es so daran hindert, die Zerstückelung des Zellskeletts und den Zusammenbruch der Dendriten herbeizuführen. "Solange Nedd4-1 aktiv ist, können die Nervenzelldendriten normal wachsen", so Kawabe. "Fällt es aus, kommt das Dendritenwachstum zum Stillstand und einmal ausgebildete Dendriten fallen in sich zusammen, mit dramatischen Konsequenzen für die Funktion von Nervenzellnetzwerken im Gehirn."

Allerdings gibt es wahrscheinlich eine Reihe parallel operierender Signalwege, die das Dendritenwachstum steuern. So lässt sich erklären, warum Nervenzellen auch ohne Nedd4-1 - wenn auch deutlich weniger und kürzere - Dendriten ausbilden können. Der Nedd4/Rap2/TNIK-Mechanismus wäre dann nur einer von mehreren, die einander teilweise kompensieren können.

Um Signale anderer Zellen empfangen zu können, bilden Nervenzellen komplizierte Fortsätze aus, die als Dendriten bezeichnet werden. Das Wachstum von Dendriten im menschlichen Gehirn findet hauptsächlich während der späten embryonalen und frühkindlichen Hirnentwicklung statt. In dieser Phase wachsen aus den 100 Milliarden Nervenzellen unseres Gehirns Dendriten mit einer Gesamtlänge von vielen hundert Kilometern aus. Das Ergebnis ist ein hochkomplexes Nervenzell-Netzwerk, das alle Körperfunktionen steuert.

Damit diese Wachstumsphase der Hirnentwicklung nicht ins Chaos führt, muss das Auswachsen der Dendriten genau kontrolliert werden. Tatsächlich steuern zahlreiche Signalprozesse die Richtung und die Geschwindigkeit des Dendritenwachstums, indem sie den Aufbau des Zellskeletts beeinflussen, das im Inneren des auswachsenden Dendriten für dessen Form und Verlängerung verantwortlich ist.

Zum Volltext der Originalpublikation: "Regulation of Rap2A by the ubiquitin ligase Nedd4-1 controls neurite development in cortical neurons"

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