Aktivierte Nervenzellen produzieren ein Schutzprotein gegen Neurodegeneration

Aktivierte Nervenzellen produzieren ein Schutzprotein gegen Zelltod. Wie dieser Prozess abläuft und welche Elemente dabei eine entscheidende Rolle spielen, hat ein Forscherteam unter der Leitung von Prof. Dr. Hilmar Bading am Interdisziplinären Zentrum für Neurowissenschaften der Universität Heidelberg entschlüsselt.

„Dass Gehirnaktivität einen neuroprotektiven Effekt hat, war uns bereits bekannt“, so der Heidelberger Neurobiologe. „Jetzt haben wir einen zentralen Mechanismus dafür entdeckt und ein körpereigenes Schlüsselmolekül für den Aufbau des Nervenschutzschildes identifiziert.“ Diese Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Cell Reports“ veröffentlicht.

Wenn Nervenzellen absterben, zum Beispiel als Folge eines Schlaganfalls, der Alzheimer-Erkrankung oder auch im Rahmen von Alterungsprozessen, kann dies zu erheblichen Einschränkungen der Gedächtnisleistung führen. Frühere Arbeiten von Prof. Bading haben gezeigt, dass Gehirnaktivität dem Nervenzelltod entgegenwirkt.

Auf molekularer Ebene ist hier der sogenannte NMDA-Rezeptor von Bedeutung. Bei einem Rezeptor dieser Art handelt es sich um ein Molekül, das von biochemischen Botenstoffen – den Neurotransmittern – in Gang gesetzt wird. Der NMDA-Rezeptor lässt aufgrund von Nervenzellaktivität Kalzium in die Zelle einströmen.

Das Kalziumsignal pflanzt sich innerhalb der Zelle bis in den Zellkern fort und schaltet dort ein genetisches Schutzprogramm an. Schon vor einigen Jahren konnte die Arbeitsgruppe von Prof. Bading dieses kernkalzium-regulierte Genprogramm identifizieren. „Jedoch war bislang unklar, wie daraus ein Schutzschild entsteht”, so Hilmar Bading.

Die Wissenschaftler haben nun die Erklärung dafür gefunden – indem sie wiederum NMDA-Rezeptoren untersucht haben. Wenn sich diese Rezeptoren nicht in den Kontaktstellen der Nervenzellen, den Synapsen, befinden, tragen sie nicht zum Schutz der Zellen bei.

Im Gegenteil: Sie schädigen Nervenzellen massiv und führen zu deren Absterben. „Leben und Tod sind nur wenige tausendstel Millimeter voneinander entfernt. Außerhalb der Synapse wird der NMDA-Rezeptor von Dr. Jekyll zu Mr. Hyde”, erläutert Hilmar Bading.

Wie die aktuellen Forschungsergebnisse zeigen, werden die toxischen extrasynaptischen NMDA-Rezeptoren über Gehirnaktivität unterdrückt. Als Aktivator dieser Unterdrückung konnte das Heidelberger Forscherteam das Protein Activin A identifizieren.

Dieses Protein spielt unter anderem im Menstruationszyklus und in der Wundheilung eine wichtige Rolle. Im Nervensystem wird die Produktion von Activin A über Nervenzellaktivität angestoßen. In der Folge führt dies zu einer Verminderung der extrasynaptischen NMDA-Rezeptoren.

Wie Prof. Bading erläutert, wird so ein Schutzschild aufgebaut. Activin A vermittelt zudem die bekannten schützenden Eigenschaften des Wachstumsfaktors BDNF; dies ist ein neurotrophes, das heißt körpereigenes Signalmolekül, das beim Schutz existierender und beim Wachstum neuer Neuronen und Synapsen wirkt. „Das Protein Activin A kann daher als entscheidender Aktivator eines gemeinsamen neuroprotektiven Wirkmechanismus im Gehirn angesehen werden.“

Die Entdeckungen der Heidelberger Neurobiologen eröffnen neue Perspektiven für die Entwicklung therapeutischer Ansätze zur Behandlung degenerativer Erkrankungen des Nervensystems. In ihrer Studie haben die Forscher gezeigt, dass Activin A bei Mäusen die nach einem Schlaganfall auftretenden Hirnschädigungen deutlich reduzieren konnte.

„Unsere Forschungsergebnisse deuten auch darauf hin, dass sich Activin A möglicherweise in der Therapie der Alzheimer-Erkrankung oder der als ‚Veitstanz’ bekannten Chorea Huntington einsetzen lässt. In beiden Krankheiten ist die charakteristische Degeneration von Nervenzellen vermutlich auf eine erhöhte Aktivität der toxischen extrasynaptischen NMDA-Rezeptoren zurückzuführen“, so Prof. Bading. „Für den Alltag bedeuten die neuen Erkenntnisse: Ein aktives Gehirn produziert Activin A und schützt sich so vor Neurodegeneration.“

Originalveröffentlichung:
D. Lau, C. P. Bengtson, B. Buchthal and H. Bading: BDNF Reduces Toxic Extrasynaptic NMDA Receptor Signaling via Synaptic NMDA Receptors and Nuclear Calcium-induced Transcription of inhba/Activin A. Cell Reports (2015), doi: 10.1016/j.celrep.2015.07.038

Kontakt:
Prof. Dr. Hilmar Bading
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