Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Warum Mäuse nicht wie Kaninchen hoppeln

06.09.2007
Nervenzell-Netzwerke im Rückenmark steuern die Beinbewegungen beim Laufen

Neurowissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Experimentelle Medizin in Göttingen und des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie in Martinsried haben die molekularen Grundlagen eines Entwicklungsprozesses entschlüsselt, der die Verschaltung von Nervenzellen im Rückenmark steuert und so die Beinbewegung beim Laufen koordiniert (Neuron, 5. September 2007)


Nervenzellfortsätze im Rückenmark von genetisch veränderten Mäusen, die kein alpha-2-Chimaerin herstellen können (Mutante), überqueren die Mittellinie des Rückenmarks (Pfeilspitzen). Dies ist im Rückenmark von normalen Mäusen nicht der Fall (Wildtyp). Der Größenmaßstab (weißer Balken) zeigt 100 μm an. Bild: Max-Planck-Institut für Experimentelle Medizin

Kaninchen bewegen beim Laufen ihre Beine parallel. Und weil sie deshalb hoppeln, findet jedermann sie putzig. Mäuse dagegen laufen, indem sie sowohl ihre Vorderbeine als auch ihre Hinterbeine abwechselnd bewegen. Für die Laufbewegung der Extremitäten von Säugetieren sind Mustergeneratoren im Rückenmark verantwortlich - Gruppen von Nervenzellen, die die Beinmuskulatur steuern. Ob die Beine eines Tieres sich beim Laufen parallel oder abwechselnd bewegen, wird durch die Verschaltung der Nervenzellen in diesen Mustergeneratoren bestimmt. Die Göttinger Neurowissenschaftlerinnen Andrea Betz und Heike Wegmeyer vom Max-Planck-Institut für Experimentelle Medizin haben nun gemeinsam mit Rüdiger Klein und Joaquim Egea vom Max-Planck-Institut für Neurobiologie in Martinsried und Kollegen der Universität Uppsala in Schweden die Grundlagen eines Entwicklungsprozesses entschlüsselt, der die genaue Verknüpfung derjenigen Nervenzellen sicherstellt, die das Laufverhalten von Mäusen steuern.

Eine Barriere im Rückenmark

Die alternierenden Laufbewegungen von Mäusen und vielen anderen Tieren werden durch Nervenzellen eines zentralen Mustergenerators im Rückenmark kontrolliert. Diese Nervenzellen sind normalerweise so verschaltet, dass eine gleichzeitige paarweise Bewegung der beiden Vorder- oder Hinterbeine vermieden wird. Die entsprechende Verschaltung wird während der frühen Entwicklung des Nervensystems ausgebildet und durch molekulare Barrieren gesteuert, die es auswachsenden Fortsätzen von Nervenzellen verbieten, von einer Seite des Rückenmarks in die gegenüberliegende Seite einzuwachsen. Als Barriere an der Mittellinie des Rückenmarks fungieren dabei EphrinB3-Proteine, die sich nähernde Nervenzellfortsätze zum Rückzug zwingen, indem sie EphA4-Rezeptoren auf deren Oberfläche aktivieren. Die Aktivierung dieser Andockstellen auf den Nervenzellfortsätzen führt zu deren Kollaps - ein Effekt der durch den Zusammenbruch des Zellskeletts verursacht wird.

Bisher war unbekannt, wie EphA4-Rezeptoren das Barriere-Signal der EphrinB3-Proteine ins Zellinnere fortleiten und so den Zusammenbruch des Zellskeletts und den Kollaps von Nervenzellfortsätzen auslösen. In ihrer in der Fachzeitschrift Neuron veröffentlichten Studie gelang den Wissenschaftlern nun der Nachweis, dass ein spezifischer Regulator des Zellskeletts, alpha-2-Chimaerin, für die Fortleitung des von EphrinB3 ausgelösten Kollaps-Signals verantwortlich ist. Durch EphrinB3 aktivierte EphA4-Rezeptoren stimulieren alpha-2-Chimaerin. Diese Aktivierung führt über einen weiteren Signalschritt zur Hemmung eines Enzyms, das für die Stabilität des Zellskeletts verantwortlich ist, und leitet so den Kollaps auswachsender Nervenzellfortsätze ein. Bei Mäusen, die auf Grund einer gezielten genetischen Manipulation kein alpha-2-Chimaerin herstellen können, ist dieser Prozess ausgeschaltet. Die Folge: eine Fehlverschaltung des für die Steuerung der Laufbewegung verantwortlichen zentralen Mustergenerators. Die genetisch veränderten Mäuse aktivieren ihre Vorder- und Hinterbeine parallel - und hoppeln wie Kaninchen.

Mögliche Therapie bei Lähmungen

Ähnlich wie bei Mäusen werden auch die Laufbewegungen des Menschen durch zentrale Mustergeneratoren im Rückenmark gesteuert. Diese werden wahrscheinlich nach ähnlichen Prinzipien verschaltet, wie sie nun bei Mäusen entschlüsselt wurden. Die Erkenntnisse der Göttinger und Martinsrieder Wissenschaftler geben deshalb Anlass zur Hoffnung, dass bestimmte Lähmungen in Zukunft durch Manipulationen des neu entdeckten Signalwegs behandelt werden können.

Originalveröffentlichung:

Wegmeyer, H., Egea, J., Rabe, N., Gezelius, H., Filosa, A., Enjin, A., Varoqueaux, F., Deininger, K., Schnütgen, F., Brose, N., Klein, R., Kullander, K. und Betz, A.
EphA4-dependent axon guidance is mediated by the RacGAP alpha-2-Chimaerin
Neuron 55, 756-767 (2007)

Dr. Bernd Wirsing | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie Reize auf dem Weg ins Bewusstsein versickern
22.09.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Lebendiges Gewebe aus dem Drucker
22.09.2017 | Universitätsklinikum Freiburg

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: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie