Selbst im Erwachsenenalter bildet das Gehirn neue Nervenzellen. Heute wissen wir, dass die Neurogenese unsere Gedächtnis- und Lernleistung fördert. Aber welche Prozesse laufen von der Reizwahrnehmung bis hin zur Entwicklung neuer Nervenzellen im Gehirn ab? Eine Antwort hat jetzt eine Forschergruppe um Prof. Hannah Monyer, Neurowissenschaftlerin an der Universitätsklinik Heidelberg und dem Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ), im Tierversuch an Mäusen entdeckt. Der Fund könnte besonders für die Schmerz- und Tumorforschung von Bedeutung sein.
„Wir haben im Hippocampus, der im Gehirn für die Gedächtnisbildung zuständig ist, zufällig entdeckt, dass das Peptid Diazepam binding inhibitor (DBI) in Nervenstammzellen entsteht“, erklärt Monyer. In diesen Zellen bindet sich das Peptid an den GABA Rezeptor, der vom Hirnbotenstoff GABA aktiviert wird. GABA sorgt dafür, dass sich Stammzellen nicht teilen. Monyer und ihr Team beobachteten, dass das Peptid in neuronalen Stammzellen und Vorläuferzellen, jedoch nicht in migrierenden jungen Nervenzellen vorhanden ist. Daher hatten sie schnell die Vermutung, dass DBI die Zellteilung beeinflussen muss.
Indem sie in Mäusen das DBI-Gen in einer im Hippocampus gelegenen Stammzellnische ausschalteten oder gezielt ankurbelten, entschlüsselte die Forschergruppe die Funktion des Peptids. Fehlte DBI, ging die Zahl an Nervenstammzellen zurück. Daran änderten auch Bewegung und äußere Reize, wie zum Beispiel Laufräder, nichts. Eine Überversorgung mit dem Peptid regte hingegen die Bildung von Nervenstammzellen und Vorläuferzellen an.
Aufgaben von neuen Nervenzellen
Welche Rolle neue, sogenannte adulte Nervenzellen spielen, ist von Spezies zu Spezies unterschiedlich und bisher am besten an Singvögeln und Nagetieren erforscht. Indem man die Tiere durch äußerliche Reize anregt (Environmental Enrichment), kann die Bildung der neuen Nervenzellen gefördert werden. Im Mausmodell fanden Forscher zum Beispiel heraus, dass die neuen Zellen, deren Endziel der Riechkolben ist, das Riechvermögen der Tiere verbessern. „Indem wir den Tieren jeden Tag neue Düfte in die Käfige hängen, lernen sie, Gerüche besser auseinander zu halten“, erklärt Monyer. Neue Zellen im Hippocampus hingegen beeinflussen das episodische Gedächtnis. Singvögel könnten dank der neuen Nervenzellen besser neue Melodien erlernen, mit denen sie um die Weibchen werben. „Beim Menschen wissen wir hingegen noch wenig über die Nervenzellen, da es sich um Vorgänge handelt, die nur invasiv untersucht werden können“, erklärt sie. Bildgebende Verfahren, wie beispielweise Magnetresonanztomographie (MRT), sind dafür zu ungenau.
Übertragbarkeit der Ergebnisse
Bekannt ist, dass Neurogenese bei bestimmten menschlichen Tumoren und auch der Schmerzempfindung eine Rolle spielt. Wenn z.B. Mäuse Schmerz empfinden, dann steigert das die Neurogenese. Wenn man die Neurogenese verhindert, dann vermindert das chronische Schmerzen. „Wir wissen, dass für die Schmerzempfindung ähnliche Hirnregionen und Zelltypen im Gehirn von Maus und Mensch zuständig sind. Gleiches gilt für das episodische Gedächtnis. Daher gehen wir davon aus, dass sich der Mechanismus Eins-zu-eins übertragen lässt“, ist Monyer überzeugt. Diese Erkenntnisse könnten daher den Ausgangspunkt für die Entwicklung neuer Therapien bilden.
[su_quote cite=“Prof. Hannah Monyer“]Diese Messungen an Stammzellen hätten wir weder beim Menschen noch in-vitro machen können.[/su_quote]
„Ohne die Maus hätten wir DBI nicht entdeckt“, ist sich Monyer sicher. „Diese Messungen an Stammzellen sowie einen Vergleich in verschiedenen Stadien hätten wir weder beim Menschen noch in-vitro machen können.“ Wo immer es hingegen möglich ist, nutze sie alternative Methoden – wie zellkulturbasierte Anwendungen – für ihre Forschung. Das eine schließe das andere eben nicht aus.
Wie steht es aber um den Einsatz sogenannter Mini-Gehirne aus der Petrischale? „Für bestimmte Fragestellungen können wir Mini-Gehirne einsetzen“, sagt Monyer. Entsprechende Zellen seien jedoch sehr schwer zu kultivieren. Anders sehe das bei einfacherem Gewebe wie der Leber aus, in der es im Vergleich viel weniger verschiedene Zelltypen gebe. „Es gibt Fragen, auf die wir die Antworten heute nur im Tierversuch finden können“, so Monyer. Das betreffe insbesondere Forschung, die sich mit Wahrnehmungs- und Lernprozessen befasst.
Originalpublikation
Dumitru I, et al. Diazepam Binding Inhibitor Promotes Stem Cell Expansion Controlling Environment-Dependent Neurogenesis. in Neuron, April 2017
