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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 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 Aktionspotentiale 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.
Originalliteratur:
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: knut.kirmse[at]med.uni-jena.de
Prof. Dr. Knut Holthoff, Tel. 03641/9323418, E-Mail: knut.holthoff[at]med.uni-jena.de
Klinik für Neurologie, Universitätsklinikum Jena
PD Dr. Knut Kirmse (l.) und Prof. Dr. Knut Holthoff vom Uniklinikum Jena verfolgten die Wirkung des ...
Foto: Michael Szabo, UKJ
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Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars
Biology, Medicine
transregional, national
Research results
German
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