Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wachstumsfaktoren mit Doppelfunktion

06.04.2006
Max-Planck-Wissenschaftler haben entdeckt, dass bestimmte Signalfaktoren bei Nervenzellen gleich zwei Aufgaben erfüllen: Wachstum und Orientierung

Gehen und Sprechen sind für uns meist selbstverständlich. Doch was wir unbewusst erledigen, verlangt von unserem Körper eine große motorische Leistung: Wie die Musiker in einem Orchester spielen dabei viele Muskeln zusammen. Nerven steuern die zahlreichen Muskelgruppen, die daran beteiligt sind. Doch woher weiß eine Nervenzelle, für welchen Muskel sie zuständig ist? Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Neurobiologie in Martinsried haben mit französischen und amerikanischen Kollegen die Entwicklung von Nervenbahnen bei Mäusen untersucht. Sie fanden heraus, dass spezielle Signalstoffe die Nervenzellen nicht nur wachsen lassen, sondern sie auch geschickt zu den richtigen Muskelfasern leiten (Neuron, 6. April 2006).


Steuerung des Wachstums von Nervenzellen. Im Vordergrund des Bildes teilt sich der von links kommende Hinterbeinnerv. Der obere Teil, der den Beugermuskel innerviert, enthält große Mengen des Ret-Rezeptors (rot gefärbt). Der untere Teil, der den Streckermuskel steuert, bildet dagegen wenig Ret-Rezeptor (gelb gefärbt). Der Nervenast mit der hohen Ret-Konzentration wird zu dem Bereich mit viel Signalfaktor GDNF (hell blau gefärbt) abgelenkt und wächst durch diesen Bereich hindurch. Im Hintergrund ist ein Mausembryo abgebildet, bei dem alle Nervenbahnen angefärbt sind (grau) - mit den Nerven der beiden Hinterbeine rechts und links von der Bildmitte. Bild: Max-Planck-Institut für Neurobiologie


Hinterbein-Nerv eines Mausembryos. Der Nerv verläuft von links oben nach rechts unten (braun); der Nervenast zum Beugermuskel wird durch den Bereich mit hoher GDNF-Konzentration (intensiv blau) nach rechts oben abgelenkt, während der Nervenast zum Streckermuskel weiter nach rechts unten wächst. Vom Streckermuskelnerv zweigen links unten noch vereinzelte Nervenfasern zu einem anderen Bereich mit GDNF ab (leicht blau gefärbt). Der Messbalken entspricht 250 Mikrometer. Bild: MPI für Neurobiologie

Damit sich ein Lebewesen koordiniert bewegen kann, muss der richtige Nerv zum richtigen Muskel finden. Dabei darf er trotz der vielen Richtungswechsel die Orientierung nicht verlieren. Wie das Nervensystem dieses Problem löst, erforschen Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Neurobiologie in Martinsried. Sie untersuchen, mit welchen Mechanismen die Nerven bei der Entwicklung eines Organismus ihr Ziel finden.

Im Nervensystem bilden Nervenzellen lange faserartige Ausläufer, die Axone. Um den Zielmuskel, der weit entfernt liegen kann, zu erreichen, braucht es spezielle Lenkungsfaktoren. Diese Faktoren regen die Axone zum Wachstum in eine bestimmte Richtung an. Sie werden entweder von Zellen des umliegenden Gewebes ausgeschüttet oder auf der Oberfläche der Gewebezellen präsentiert. Die Axone der Nervenzellen haben Empfangsantennen, so genannte Rezeptoren, die solche Faktoren erkennen. Wenn der richtige Faktor an den richtigen Rezeptor bindet, kann sich die Nervenzelle zum passenden Muskel hinstrecken und mit ihm eine dauerhafte Bindung eingehen. Dabei können die Signalfaktoren anziehend oder abstoßend wirken. Auf diese Weise zeigen sie den Nervenzellen, wo es lang geht.

In ihren Experimenten befassten sich Rüdiger Klein und seine Kollegen in der Abteilung Molekulare Neurobiologie des Max-Planck-Instituts für Biochemie und von den Universitäten Michigan (USA) und Marseille (Frankreich) mit dem Signalfaktor GDNF (engl. glial cell line-derived neurotrophic factor) und dessen Rezeptor Ret. Über dieses Signalpaar war bisher nur bekannt, dass es Motoneurone am Leben erhält und das Auswachsen ihrer Axone bewirkt. Nun konnten die Wissenschaftler zum ersten Mal nachweisen, dass das GDNF/Ret-System in der Nervenzelle eine Doppelfunktion hat: Es kann auch Nervenzellen bei der Entwicklung von Organismen zum richtigen Muskelgewebe leiten.

Die Neurobiologen beobachteten dazu die Entwicklung einer motorischen Nervenbahn, die im Hinterbein der Maus den Strecker- und Beugermuskel steuert: Durch Färbemethoden konnten sie nachweisen, dass der Teil der Nervenbahn, der den Beugermuskel versorgt, verstärkt den Rezeptor Ret bildet. Diese Axone wanderten in die Bereiche des Beines, in denen die Forscher besonders viel von dem Faktor GDNF fanden. Schalteten die Wissenschaftler das GDNF/Ret-System genetisch aus, so wanderten die Motoneurone in die falsche Richtung und endeten am Streckermuskel statt am Beugermuskel. Da die Muskeln nun falsch verschaltet waren, konnte sich die Maus nicht richtig bewegen. Das war ein eindeutiger Hinweis darauf, dass das GDNF/Ret-Signalsystem bestimmt, welche Muskeln die Motoneurone ansteuern.

Dabei kooperiert GDNF/Ret mit dem Ephrin/Eph-System. In früheren Versuchen war es den Max-Planck-Forschern bereits gelungen, die Rolle der Ephrine und ihrer Rezeptoren bei der Entwicklung von Nervensystem sowie Blut- und Lymphgefäßen zu entschlüsseln [1]. Damals hatten sie festgestellt, dass dieses Signalpaar den Nerven hilft, Muskeln zu steuern. Ephrin/Eph und GDNF/Ret funktionieren jedoch unabhängig voneinander. Das heißt, die Signalfaktoren eines Systems werden auch gebildet, wenn das andere blockiert ist. Doch die Faktoren eines Systems können alleine nicht dafür sorgen, dass sich die Nervenzellen richtig orientieren.

Damit haben Klein und seine Kollegen gezeigt, dass das GDNF/Ret-Signalpaar für die Ausrichtung der Nervenzellen wichtig sein muss - eine Eigenschaft, die von einem Nervenwachstumsfaktor bisher nicht bekannt war. Dies ist ein weiteres Beispiel dafür, dass die Natur ein bewährtes System mehrfach einsetzt. Denn GDNF dient den Nervenzellen nicht nur als Überlebens- und Wachstumsfaktor, sondern gibt ihnen auch das Ziel vor. Warum die Natur jedoch gleich zwei Signalwege mit gleicher Funktion entwickelt hat, darüber kann Rüdiger Klein, der die Studie leitete, nur spekulieren: "Wir sind erst ganz am Anfang, die einzelnen feinen Mechanismen zu verstehen, die dafür sorgen, dass unser Bewegungsapparat so perfekt mit Nervenzellen verbunden und gesteuert wird. Da das menschliche Nervensystem auf den gleichen Signalsystemen basiert, könnte diese Studie auch helfen, seine Entwicklung besser zu verstehen."

Originalveröffentlichung:
Edgar R. Kramer, Laura Knott, Fengyun Su, Eric Dessaud, Catherine E. Krull, Francoise Helmbacher, Rüdiger Klein

Cooperation between GDNF/Ret and ephrinA/EphA4 signals for motor axon pathway selection in the limb. Neuron 50 (1): 35-47 (6 April 2006)

Dr. Andreas Trepte | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/

Weitere Berichte zu: Axone Muskel Nerv Nervensystem Nervenzelle Neurobiologie Rezeptor Signalfaktor

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Live-Verfolgung in der Zelle: Biologische Fussfessel für Proteine
19.06.2018 | Universität Basel

nachricht Tag it EASI - neue Methode zur genauen Proteinbestimmung
19.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Überdosis Calcium

Nanokristalle beeinflussen die Differenzierung von Stammzellen während der Knochenbildung

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Basel haben einen Hauptschalter für die Regeneration von Knochengewebe identifiziert....

Im Focus: Overdosing on Calcium

Nano crystals impact stem cell fate during bone formation

Scientists from the University of Freiburg and the University of Basel identified a master regulator for bone regeneration. Prasad Shastri, Professor of...

Im Focus: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Hengstberger-Symposium zur Sternentstehung

19.06.2018 | Veranstaltungen

LymphomKompetenz KOMPAKT: Neues vom EHA2018

19.06.2018 | Veranstaltungen

Simulierter Eingriff am virtuellen Herzen

18.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Rätselhaftes IceCube-Ereignis könnte von Tau-Neutrino stammen

19.06.2018 | Physik Astronomie

Automatisierung und Produktionstechnik – Wandlungsfähig – Präzise – Digital

19.06.2018 | Messenachrichten

Überdosis Calcium

19.06.2018 | Medizin Gesundheit

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics