GABA aktiviert unreife Neuronen und hemmt die Netzwerkaktivität

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URL: http://www.uni-jena.de/Forschungsmeldungen/NFM150716_GABA.pdf
GABA aktiviert unreife Neuronen und hemmt die Netzwerkaktivität
Mediziner konnten erstmals die Funktion des Neurotransmitters GABA
im lebenden Organismus messen
Foto: Michael Szabo/UKJ
PD Dr. Knut Kirmse (l.) und Prof. Dr. Knut Holthoff vom Uniklinikum verfolgten die Wirkung des
Neurotransmitters GABA im lebenden Organismus.
Wissenschaftler aus Jena und Tübingen konnten erstmals die Funktion des Neurotransmitters
GABA im lebenden Organismus messen und veröffentlichten ihre Ergebnisse jetzt im Fachjournal
"Nature Communications". Sie belegen, dass der im erwachsenen Gehirn hemmend wirkende
Botenstoff die unreifen Nervenzellen in der frühen Hirnentwicklung aktiviert. Auf Netzwerkebene
wirkt GABA jedoch von Beginn an hemmend und schützt so das sich entwickelnde Gehirn vor
überschießender Spontanaktivität.
Die Neurowissenschaftler waren sich nicht einig: Ändert sich der Wirkungscharakter des
Botenstoffes GABA (Gamma-Aminobuttersäure) mit der Reifung des Gehirns? Anhand von
Gewebeschnitten hatten sie bereits vor Jahrzehnten herausgefunden, dass GABA unreife
GABA aktiviert unreife Neuronen und hemmt die Netzwerkaktivität
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Nervenzellen im sich entwickelnden Gehirn aktiviert. Im erwachsenen Hirn hingegen hemmt GABA
die Nervenzellaktivität und moduliert auf diese Weise eine Vielzahl neuronaler Prozesse, das war
schon länger bekannt. Neben Erklärungsmodellen, warum und wie sich diese Wirkung umkehrt,
gab es auch Zweifel, ob dem wirklich so ist - schließlich stammten die Ergebnisse aus Messungen
an Hirnschnitten und nicht aus dem funktionierenden Gehirn.
PD Dr. Knut Kirmse und Prof. Dr. Knut Holthoff von der Klinik für Neurologie des Uniklinikums Jena
konnten diese Zweifel jetzt ausräumen. Hierfür schauten sie neugeborenen Mäusen beim Denken
zu: In Kooperation mit Kollegen von der Universität Tübingen untersuchten sie mittels spezieller
Kalzium-Bildgebungstechniken sowie elektrophysiologischer Messungen die Signalprozesse in der
Sehrinde von 3-4 Tage alten Tieren. "Damit konnten wir erstmals die depolarisierende, also
aktivierende Wirkung von GABA auf die unreifen Nervenzellen im intakten Organismus
nachweisen", erklärt Knut Holthoff. 'Denken' ist dafür aber der falsche Begriff, denn die Tiere
können in dem Alter noch nicht sehen oder auf optische Reize reagieren. Was die Wissenschaftler
messen, ist vielmehr spontane Aktivität. "Diese trägt wie ein Training zur Reifung und richtigen
Vernetzung der Nervenzellen bei", so der Neurobiologe.
GABA vereint Aktivierung und Hemmung
Dabei vereint der Neurotransmitter GABA zwei gegensätzliche Prinzipien: Aktivierung und
Hemmung. "GABA depolarisiert zwar die Neuronen, ist aber nicht imstande Aktionspotenziale
auszulösen. Auf diese Weise wird eine überbordende Netzwerkaktivität vermieden", so Holthoff. Im
Netzwerkmaßstab wirkt GABA also von Beginn an hemmend.
Diese Ergebnisse der Jenaer Neurowissenschaftler tragen zu einem besseren Verständnis der
neurobiologischen Reifungsprozesse bei. Sie haben aber auch Bezug zu klinischen
Fragestellungen. Knut Kirmse: "Das Entwicklungsstadium der von uns untersuchten Tiere
entspricht etwa dem von Kindern im letzten Schwangerschaftsdrittel." Die Erkenntnisse zum
Ablauf der Hirnreifung lassen sich auf Frühgeborene anwenden, bei denen bestimmte Abschnitte
der Hirnreifung nicht mehr im Schutz des Mutterleibes ablaufen. "Die jetzt von uns bestätigte
unterschiedliche Wirkung von GABA auf unreife und reife Neuronen erklärt möglicherweise, warum
die bei Erwachsenen hochwirksamen Epilepsie-Medikamente bei epileptischen Anfällen von
Frühgeborenen wenig effektiv sind", so der Mediziner.
Original-Publikation:
Knut Kirmse, Michael Kummer, Yury Kovalchuk, Otto W. Witte, Olga Garaschuk and Knut Holthoff:
GABA depolarizes immature neurons and inhibits network activity in the neonatal neocortex in vivo.
Nature Communications 2015, doi:10.1038/ncomms8750
Kontakt:
PD Dr. Knut Kirmse, Tel. 03641/9325998, E-Mail: [email protected]
Prof. Dr. Knut Holthoff, Tel. 03641/9323418, E-Mail: [email protected]
Klinik für Neurologie, Universitätsklinikum Jena
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