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Die neue Arbeitsgruppe von Prof. Frank Bradke am DZNE untersucht, wie man Nervenzellen nach einer Querschnittslähmung dazu anregen kann, sich zu regenerieren
Während Knochenbrüche, Muskelrisse oder Wunden der Haut meist von alleine heilen, ist das im Rückenmark anders. Wird das Rückenmark durchtrennt, wächst es nicht wieder zusammen – die Folge: Querschnittslähmung. Warum das so ist und wie man querschnittsgelähmten Personen dennoch helfen kann, untersucht Prof. Frank Bradke mit seiner neuen Arbeitsgruppe am Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) in Bonn.
Nervenzellen im zentralen Nervensystem sind von einer Myelinschicht umgeben. Diese Schicht schützt die Nervenzellen, verhindert aber auch ihre Regeneration nach Verletzungen. Sie enthält eine ganze Reihe von Molekülen, die das Nachwachsen der Nervenfasern verhindern können – "vergleichbar mit Stoppschildern im Straßenverkehr", sagt Bradke. Begegnet eine Nervenfaser einem solchen Stoppschild, wächst sie nicht weiter. Weltweit arbeiten Wissenschaftler daran, diese wachstumshemmenden Moleküle zu identifizieren. Bradke aber hat einen anderen Ansatz gewählt: Mit seiner Arbeitsgruppe konzentriert er sich auf die Nervenzellen selbst. Warum halten sie sich an die Stoppschilder? Kann man die Nervenzellen dazu bringen, Stoppschilder zu ignorieren und einfach trotzdem weiter zu wachsen? "Wir versuchen sozusagen, Nervenzellen zu etwas draufgängerischeren Verkehrsteilnehmern zu machen", sagt Bradke. Dass dieser Ansatz sehr erfolgversprechend ist, haben seine bisherigen Arbeiten bereits bewiesen: Im Tiermodell konnte er zeigen, dass geringe Mengen von Taxol – einen Wirkstoff, der auch in der Krebstherapie eingesetzt wird – das Zellskelett der Nervenzellen so stabilisiert, dass durchtrennte Nervenzellen wieder zum Wachstum angeregt werden.
Bradkes Idee, dass ausgerechnet Taxol hier helfen könnte, ging eine jahrelange Erforschung der Entwicklung von Nervenzellen voraus. In einem frühen Stadium der Entwicklung beginnt eine Nervenzelle eine Vielzahl von zellulären Fortsätzen zu produzieren. Einer dieser Fortsätze wird zum Axon und wächst schnell. Axone können im Rückenmark von Menschen bis zu einem Meter lang werden, sie leiten elektrische Nervensignale an nachstehende Zellen weiter. Alle anderen Fortsätze werden zu Dendriten – sie sind kürzer und dienen dazu, Signale von vorgeschalteten Nervenzellen zu empfangen. Schon während seiner Doktorarbeit untersuchte Bradke, wie sich die Entwicklung des Axons von dem der Dendriten unterscheidet und warum Axone weiter wachsen, während Dendriten anfänglich während der Entwicklung erstmal nicht weiterwachsen.
Eine wesentliche Rolle dabei, so zeigte Bradke, spielt das Zellskelett. In der Wachstumszone am Ende des Axons liegen so genannte Aktin-Bündel. Diese müssen flexibel genug sein, damit das Axon wachsen kann. Im Axon selbst liegen Mikrotubuli, die den langen Fortsätzen der Nervenzellen ihre Struktur geben. In der Wachstumszone müssen diese stabil genug sein, um die Aktinfilamente nach vorne zu schieben. Nur wenn Mikrotubuli stabil und Aktin-Filamente instabil genug sind, kann ein Nervenfortsatz wachsen. Bei Axonen ist dies der Fall, bei Dendriten nicht. Aber auch nach Verletzungen im Rückenmark sind Mikrotubuli in den Axonen zerbrochen und instabil – das Axon kann dementsprechend nicht mehr wachsen. Wäre es also möglich, so fragte Bradke, dass allein durch die Stabilisierung der Mikrotubuli die Wachstumsfähigkeit der Axone wieder hergestellt wird? Taxol ist eine Substanz, die Mikrotubuli stabilisiert. In der Tat konnten Bradke und seine Kollegen zeigen, dass die Gabe von geringen Mengen von Taxol das Zellskelett so beeinflusst, dass ein Nervenwachstum ermöglicht wird. "Taxol hat darüber hinaus auch noch die Eigenschaft, die Narbenbildung zu verhindern. Auch das erleichtert die Regeneration der Nervenfasern erheblich", sagt Bradke.
Noch sind diese Forschungsergebnisse weit davon entfernt, zur Anwendung zu kommen und Patienten zu helfen, sie geben aber wichtige Hinweise auf neue mögliche Ansatzpunkte. Eine direkte Beeinflussung des Zellskeletts kann das Wachstum von Nervenzellen fördern. "Unsere Forschung kann langfristig auch dazu beitragen, neurodegenerativer Erkrankungen des Gehirns wie Schlaganfall, Parkinson oder Alzheimer besser zu verstehen, denn auch hier werden Nervenzellen geschädigt und Axone verlieren ihre Kontakte zu nachgeschalteten Zellen", so Bradke.
Frank Bradke studierte an der Freien Universität Berlin und dem University College London. 1994 erhielt er den Bachelor of Science in Anatomie und Entwicklungsbiologie, 1995 das Diplom in Biochemie. Während seiner Dissertation forschte er am Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL), Heidelberg. Als Postdoc wechselte er 2000 an die University of California, San Francisco und Stanford und war anschließend Arbeitsgruppenleiter am Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Martinsried. Frank Bradke habilitierte 2009 an der Ludwig Maximilians Universität München. Seit 2011 ist er ordentlicher Professor und Senior Gruppenleiter der Arbeitsgruppe Axonales Wachstum und Regeneration am DZNE in Bonn.
Kontaktinformation:
Dr. Katrin Weigmann
Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE)
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Email: katrin.weigmann@dzne.de
Tel: +49 (0) 228 43302 /263
Mobil: +49 (0) 173 – 5471350
http://www.dzne.de/standorte/bonn-koeln-juelich/forschergruppen/bradke.html Webseite Arbeitsgruppe Frank Bradke
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars
Biology, Medicine
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