Studie enthüllt Funktion einer wenig verstandenen Synapse im Gehirn

Neue Forschungsergebnisse der Oregon Health & Science University enthüllen erstmals die Funktion einer wenig verstandenen Verbindung zwischen Zellen im Gehirn, die wichtige Auswirkungen auf die Behandlung von Erkrankungen haben könnte, die von Multipler Sklerose über die Alzheimer-Krankheit bis hin zu einer Art von Hirntumor reichen Gliom.

Die Studie ist veröffentlicht in Naturneurowissenschaften.

Neurowissenschaftler konzentrierten sich auf die Verbindung oder Synapse, die Neuronen mit einer nicht-neuronalen Zelle verbindet, die als Oligodendrozyten-Vorläuferzellen oder OPCs bekannt ist. OPCs können sich in Oligodendrozyten differenzieren, die eine Hülle um Nerven bilden, die als Myelin bekannt ist. Myelin ist die Schutzhülle, die das Axon jeder Nervenzelle bedeckt – den fadenförmigen Teil einer Zelle, der elektrische Signale zwischen Zellen überträgt.

Die Studie ergab, dass diese Synapsen eine entscheidende Rolle bei der Produktion dieses Myelins spielen.

„Dies ist die erste Untersuchung dieser Synapsen in lebendem Gewebe“, sagte die leitende Autorin Kelly Monk, Ph.D., Professorin und Co-Direktorin des Vollum Institute an der OHSU. „Dies gibt ein Verständnis für die grundlegenden Eigenschaften dieser Zellen bei der normalen Entwicklung. In der Zukunft könnten wir untersuchen, wie sie im Kontext von MS-Patienten unterschiedlich funktionieren.“

Die Tatsache, dass diese Synapsen überhaupt existieren, war Gegenstand einer bahnbrechenden Entdeckung von OHSU-Forschern am Vollum, die in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Natur im Mai 2000. Bis zu diesem Zeitpunkt war bekannt, dass Synapsen im Gehirn nur Neurotransmitter zwischen Neuronen transportieren, daher kam die Entdeckung einer Synapse zwischen Neuronen und OPCs einer Offenbarung gleich.

„Nach zwei Jahrzehnten wussten wir immer noch nicht, was diese Synapsen bewirken“, sagte Monk.

Wissenschaftler gingen das Problem an, indem sie die Einzelzellbildgebung von lebendem Gewebe in Zebrafischen verwendeten, deren transparente Körper es Forschern ermöglichen, das Innenleben ihres Zentralnervensystems in Echtzeit zu sehen. Mithilfe leistungsstarker neuer Werkzeuge in den Bereichen Bildgebung, Pharmakologie und Genbearbeitung konnten Forscher Neuronen-OPC-Synapsen nutzen, um den Zeitpunkt und Ort der Myelinbildung vorherzusagen.

Die Ergebnisse seien wahrscheinlich nur die Spitze des Eisbergs für das Verständnis der Bedeutung dieser Synapsen, sagte der Hauptautor Jiaxing Li, Ph.D., ein Postdoktorand in Monks Labor.

Oligodendrozyten-Vorläuferzellen machen etwa 5 % aller Zellen im Gehirn aus – was bedeutet, dass die Synapsen, die sie mit Neuronen bilden, für viele Krankheitszustände, einschließlich der Entstehung von Krebstumoren, relevant sein könnten.

Li wies darauf hin, dass frühere Studien auf eine Rolle von OPC bei einer Reihe neurodegenerativer Erkrankungen hingewiesen haben, darunter demyelinisierende Erkrankungen wie MS, neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer und sogar psychiatrische Erkrankungen wie Schizophrenie.

Durch den Nachweis der grundlegenden Funktion der Synapse zwischen Neuronen und OPCs könnte die Studie laut Li zu neuen Methoden zur Regulierung der OPC-Funktion führen, um das Fortschreiten der Krankheit zu verändern. Beispielsweise könnten diese Synapsen der Schlüssel zur Förderung der Remyelinisierung bei Erkrankungen wie MS sein, bei denen Myelin abgebaut wurde. Bei MS kann dieser Abbau die elektrischen Signale verlangsamen oder blockieren, die Menschen zum Sehen, Bewegen der Muskeln, Fühlen von Empfindungen und Denken benötigen.

„Vielleicht gibt es eine Möglichkeit einzugreifen, um die Myelinscheide zu vergrößern“, sagte er.

Monk sagte, die Entdeckung sei möglicherweise am unmittelbarsten für Krebs relevant.

„Bei Gliomen werden diese Synapsen gekapert, um das Fortschreiten des Tumors voranzutreiben“, sagte sie. „Es könnte möglich sein, den an der Tumorbildung beteiligten synaptischen Input zu modulieren und gleichzeitig eine normale synaptische Signalübertragung zu ermöglichen.“

Obwohl diese Vorläuferzellen etwa 5 % aller menschlichen Gehirnzellen ausmachen, bildet nur ein Bruchteil daraus Oligodendrozyten.

„Es wird ziemlich deutlich, dass diese OPCs neben der Bildung von Oligodendrozyten noch andere Funktionen haben“, sagte Monk. „Aus evolutionärer Sicht macht es keinen Sinn, so viele dieser Vorläuferzellen im Gehirn zu haben, wenn sie nichts tun.“

Ihre synaptische Verbindung zu Neuronen spiele daher wahrscheinlich eine grundlegende Rolle im Gehirn und sei eine zukünftige Erforschung wert, sagte sie.

Zu den Co-Autoren gehören neben Monk und Li auch Tania Miramontes von der OHSU und Tim Czopka, Ph.D., vom Centre for Clinical Brain Sciences an der University of Edinburgh im Vereinigten Königreich