Auf der Wanderung im Nervensystem brauchen Zellen einen genetisch regulierten Motor

Ohne einen bestimmten Transkriptionsfaktor bleibt der Bewegungsapparat außer Betrieb

Damit das zentrale Nervensystem richtig funktionieren kann, müssen neu gebildete neuronale Zellen an ihren richtigen Platz gelangen. Das ist nicht nur während der Entwicklung des Gehirns im Embryo wichtig, sondern auch noch bei Erwachsenen. Dr. Siegfried Alberti, Sven M. Krause, Dr. Ulrike Philippar, Dr. Franziska F. Wiebel und Prof. Alfred Nordheim vom Interfakultären Institut für Zellbiologie der Universität Tübingen haben die Vorgänge der Zellwanderung zusammen mit Kollegen vom Tübinger Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie, der Universität Freiburg und vom Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg am Gehirn von Mäusen näher erforscht. Sie haben festgestellt, dass ein bestimmter Transkriptionsfaktor, der so genannte Serum Response Factor (SRF), für die richtige Platzierung der Zellen im Vorderhirn unbedingt notwendig ist. Die Forschungsarbeit wurde in der US-amerikanischen Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht (Band 102, Seiten 6143-6147).

Um die Zellwanderung im Gehirn von Mäusen näher zu untersuchen, haben die Forscher den Weg von Nerven-Vorläuferzellen von ihrem Entstehungsort über einen Wanderungspfad in den Riechlappen als Modell gewählt, denn diese Zellbewegungen finden im Gehirn der Tiere das ganze Leben lang statt. Die Zellen haben zwar keine Gliedmaßen, um von einem Ort zum anderen zu gehen. Doch die mechanischen Kräfte der Aktinfasern im Zellinneren ermöglichen den Zellen eine autonome Fortbewegung. Vereinfacht gesagt funktioniert die Bewegung so, dass Aktinbausteine hinten von der Actinfaser abgestoßen und vorn wieder an die Aktinfaser angesetzt werden. An diesem Vorgang sind als Helfer die Eiweißstoffe Gelsolin und Cofilin beteiligt.

Doch woher weiß die Zelle, dass sie sich auf den Weg machen soll? Aus eigenen Vorversuchen war den Wissenschaftlern bereits bekannt, dass der Transkriptionsfaktor SRF Einfluss auf das Zellskelett und den Bewegungsapparat hat. Transkription heißt der Vorgang, bei dem die Information der Gene abgelesen wird. Würden alle Gene auf einmal abgelesen, gäbe es in der Zelle ein riesiges Chaos. Für die Regulation der Aktivität von Genen sind deshalb die Transkriptionsfaktoren besonders wichtig. Sie können bestimmte Gene zum Ablesen freigeben oder dies verhindern. Im Versuch haben die Wissenschaftler nun die Bildung des Transkriptionsfaktors SRF im Vorderhirn von genetisch gezielt veränderten Mäusen ausgeschaltet und beobachtet, was mit den Nervenzellen passiert: Sie wanderten nicht mehr Richtung Riechlappen, sondern häuften sich an ihrem Entstehungsort an. Ohne den Transkriptionsfaktor SRF wurden die in Genen gespeicherten Informationen zur Herstellung von Aktinbausteinen nicht abgelesen – die Aktinfasern im Zellskelett waren weniger dicht. Außerdem wurde ohne SRF die Funktion der Hilfsproteine Gelsolin und Cofilin gehemmt, sodass die Aktinfasern ihre Funktion als dynamischer Motor der Zellbewegung nicht mehr erfüllen konnten. Die Forscher folgerten daraus, dass der Transkriptionsfaktor SRF bei der autonomen Wanderung der Nervenzellen die Rolle eines genetischen Dirigenten spielt. Dieser steuert die Genaktivität und dadurch sowohl die Struktur des Bewegungsapparats als auch die Bewegung von Zellen. Wie wichtig SRF für die Entwicklung des Gehirns ist, zeigen die in Tübingen hergestellten Mäuse, bei denen das Gen für SRF ausgeschaltet ist: Sie haben schwere Schäden im Aufbau des Gehirns. Die Wissenschaftler spekulieren, dass die Regulierung der Transkription durch SRF auch bei anderen Bewegungsvorgängen im Nervensystem eine Rolle spielen könnte, zum Beispiel bei der Ausbreitung der zum Teil sehr langen Nervenfortsätze und ihrer Verzweigung. Die neuen Erkenntnisse können auch zum besseren Verständnis der lebensbedrohlichen Ausbreitung von Tumorzellen im Gehirn beitragen.

Die beschriebenen Resultate wurden in einer beispielhaften Kooperation von Wissenschaftlern an drei Forschungsstandorten des Landes Baden-Württemberg gewonnen: Tübingen, Freiburg und Heidelberg.

Nähere Informationen:

Prof. Dr. Alfred Nordheim
Interfakultäres Institut für Zellbiologie
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