Woher wissen Nervenfasern, wohin sie wachsen und mit welchen der rund hundert Milliarden Nervenzellen des Gehirns sie eine Verbindung eingehen müssen? Wissenschaftler der Charité - Universitätsmedizin Berlin haben jetzt zwei Moleküle identifiziert, die die Navigation wachsender Nervenfasern steuern. Die Ergebnisse der Studie sind in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
Die Aufgabe unseres Gehirns ist es, Sinneseindrücke zu verarbeiten, komplexe Verhaltensweisen zu koordinieren und Körperfunktionen aufrecht zu erhalten. Dabei bildet die äußerste Schicht des Großhirns, die Hirnrinde (Neokortex), das Zentrum unserer Wahrnehmungen. Hier laufen die Informationen aus den Sinnesorganen ein, werden verarbeitet und schließlich im Gedächtnis gespeichert. Die Verbindungen zwischen den Nervenzellen der Großhirnrinde bilden die Nervenfasern. Sie verbinden verschiedene Regionen des Gehirns miteinander. Es gibt zwei verschiedene Arten von Nervenverbindungen: zum einen diejenigen innerhalb einer Gehirnhälfte, die sogenannten intra-kortikalen Verbindungen. Zum anderen gibt es die Verbindungen zwischen den beiden Gehirnhälften, wie beispielsweise das Corpus callosum. Über das Corpus callosum werden Informationen von der einen Gehirnhälfte in die andere übermittelt.
Wissenschaftler um Prof. Dr. Victor Tarabykin, kommissarischer Direktor des Instituts für Zell- und Neurobiologie am Campus Charité Mitte und Principal Investigator am Exzellencluster Neurocure der Charité, haben nun das molekulare Programm entschlüsselt, das der Bildung dieser Verbindungen zugrunde liegt. Sie zeigen, dass insbesondere die beiden Proteine Satb2 und Ctip2 die Entstehung der intra-kortikalen Nervenbahnen regulieren. Durch ein kompliziertes Zusammenspiel mit zwei weiteren Proteinen (Unc5C und DCC), reagieren die wachsenden Axone auf das Vorhandensein verschiedener Konzentrationen des Proteins Netrin. »Während der Entwicklung orientieren sich die wachsenden Axone an chemischen Signalen, sogenannten Botenstoffen, in ihrer Umgebung. Diese Botenstoffe können anziehend sein und Axone in eine bestimmte Richtung locken, oder sie können abstoßend wirken und Axone von einer Stelle fernhalten«, erklärt die Erstautorin der Studie Swathi Srivatsa. »Wir zeigen, dass die beiden Proteine Satb2 und Ctip2 als molekulare Schalter dienen und der wachsenden Nervenfaser so ihren Weg vorgeben«, erläutert sie weiter.
Netrin wird im Gehirn in einer Region unterhalb des Neokortex hergestellt. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass, wenn eine Nervenzelle der Großhirnrinde Satb2 produziert, sie von Netrin abgestoßen und sich von der Quelle des Proteins weg hin zu der anderen Hemisphäre bewegt und so das Corpus callosum formt. Hingegen werden die Axone von Nervenzellen, die Ctip2 produzieren, von Netrin angezogen und formieren so die intra-korticalen Verbindungen, wie beispielsweise die zur Wirbelsäule.
