Verschaltung des Nervensystems – MDC-Forscher auf der Spur eines Schlüsselprozesses

Um möglichst viele Zielzellen zu erreichen, verzweigen sich die Axone. Wie sie das tun, war bisher völlig unklar. Neurobiologen des Max-Delbrück-Centrums für Molekulare Medizin (MDC) Berlin-Buch, die sich mit der embryonalen Entwicklung des Nervensystems befassen, haben erstmals Licht in diesen Schlüsselprozess gebracht. Sie identifizierten zwei Signalmoleküle, die eine entscheidende Rolle bei der Axonverästelung spielen. Ihre Arbeit erschien jetzt im Journal of Cell Biology (DOI: 10.1083/jcb.200707176)*.

„Wie ein Autofahrer auf der Strasse sich nach den Verkehrszeichen richtet, orientieren sich Axone auf ihrem Weg durch das sich entwickelnde Gehirn an molekularen Signalen, um zu ihrem Ziel, sprich anderen Nervenzellen, zu gelangen“, erläutert Dr. Hannes Schmidt, einer der Autoren der Studie vom MDC. Ein einzelnes Axon, und da hört die Analogie zu dem Autofahrer auf, verästelt sich, um mehrere Zielgebiete gleichzeitig mit Nervenbahnen zu versorgen.

Auf der Suche nach Signalen, die eine Verästelung von Axonen bewirken, studierten die Forscher die Entwicklung sensorischer Axone im Rückenmark von Mäuseembryonen. Diese Axone leiten Sinnesreize. „Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie sich ein Axon verzweigen kann. So kann sich etwa der Wachstumskegel an der Spitze aufzweigen, oder vom Axonschaft sprossen kollaterale, seitliche Zweige aus“, erklärt Dr. Schmidt.

Eine entscheidende Rolle spielen dabei zwei Signalmoleküle: das Rezeptorprotein Npr21 und der molekulare Schalter cGKI2. Ist das erste Signalmolekül defekt oder fehlt das zweite, kann sich der Wachstumskegel an der Spitze des Axons an einer bestimmten Stelle des Rückenmarks nicht mehr in zwei entgegengesetzt wachsende Äste teilen, sondern biegt stattdessen als einzelner Ast in eine Richtung ab.

Die spätere Bildung der Seitenäste ist bemerkenswerterweise vom Ausfall der beiden Signalmoleküle nicht betroffen. Die Forscher vermuten daher, dass für die verschiedenen Formen der axonalen Verzweigung unterschiedliche Signalmoleküle eine Rolle spielen. Elektrophysiologische Tests zeigten aber, dass in der Folge des beobachteten Defekts die Reizübertragung stark eingeschränkt ist.

Jetzt wollen die Wissenschaftler versuchen, die gesamte Signalkette der Moleküle Npr2 und cGKI in sensorischen Neuronen zu entschlüsseln. Außerdem wollen sie prüfen , ob auch die Verzweigung anderer Typen von Nervenzellen durch diese Signalkette gesteuert wird.

1Guanylyl cyclase Npr2
2cGKI – cyclic guanosine monophosphate-dependent protein kinase I
*The receptor guanylyl cyclase Npr2 is essential for sensory axon bifurcation within the spinal cord

Hannes Schmidt,1 Agne Stonkute,1 René Jüttner,1 Susanne Schäffer,1 Jens Buttgereit,1 Robert Feil,2 Franz Hofmann,2 and Fritz G. Rathjen1

1Max Delbrück Centrum für Molekulare Medizin, Berlin D-13092, Germany
2Institut für Pharmakologie und Toxikologie, Technische Universität München, München D-80802, Germany

Correspondence to F.G. Rathjen: Rathjen@mdc-berlin.de

Barbara Bachtler
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