Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Einblick in die Regulation des Wasserhaushalts im Gehirn

13.03.2015

Heidelberger Forscher entdecken Mechanismus zur Steuerung der Fließgeschwindigkeit von Wasser in Gehirnzellen

Die Masse des menschlichen Gehirns besteht zu 80 Prozent aus Wasser. Umso wichtiger ist es, dass der Wasserhaushalt im Hirn ständig reguliert wird. Störungen bei der Regulation von Fließrichtung und Fließgeschwindigkeit des Wassers bilden die Ursache für Krankheitsbilder wie beispielsweise Hydrocephalus („Wasserkopf“).


Isolierte ependymale Zellen zeigen die Phosphorylierung von AQP4 (rot dargestellt) nach der Blockierung von GABAA-Rezeptoren. Die Zellkerne sind blau gefärbt.


Regulierung der AQP4-Expression in ependymalen Zellen der ventrikulären Zone durch Modulatoren von GABAA-Rezeptoren. Kontrolle (links), Hemmung (Mitte) und Aktivierung (rechts).

Neurobiologen der Universität Heidelberg haben nun den Mechanismus entdeckt, der die Fließgeschwindigkeit und die Fließrichtung des Wassereinstroms zwischen Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit und Gehirnzellen reguliert. Dieser Mechanismus kann auch für die Behandlung von Hydrocephalus-Erkrankungen von großer Bedeutung sein. Die Forschungsergebnisse wurden im „Journal of Biological Chemistry“ veröffentlicht.

„Sowohl zu viel als auch zu wenig Wasser im Gehirn kann lebensbedrohlich werden: Der Wassertransport ist für die Erhaltung des Hirnvolumens und der Hirnfunktion essentiell, da er die Konzentration von Signalmolekülen im Gehirn beeinflusst“, erklärt Dr. Francesca Ciccolini, die eine Forschungsgruppe am Interdisziplinären Zentrum für Neurowissenschaften leitet. Das Wasser zirkuliert zwischen Blutgefäßen, der Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit (Cerebrospinalflüssigkeit) sowie innerhalb und außerhalb von Hirnzellen.

Es folgt dabei dem osmotischen Gefälle, dessen Hauptkomponenten Ionen wie beispielsweise Chloridionen sind. Die Fließgeschwindigkeit wird größtenteils durch das Vorhandensein von Wasserkanälen in der Zellmembran beeinflusst, den sogenannten Aquaporin-Kanalproteinen (AQP), die je nach Bedarf in die Zellmembran eingebaut werden. Im Allgemeinen führt eine Phosphorylierung der AQP-Kanalproteine – also das Anhängen einer Phosphatgruppe – zum Ausbau aus der Zellmembran und somit zum verminderten Ein- und Ausströmen von Wasser.

Die Forschungsgruppe von Francesca Ciccolini hat nun den Mechanismus entdeckt, der den Einbau eines bestimmten AQP-Kanalproteins in sogenannten ependymalen Gehirnzellen kontrolliert, die als Barriere zwischen Gehirn und Ventrikelsystem dienen. Dadurch wird die Fließgeschwindigkeit des Wassereinstroms zwischen Cerebrospinalflüssigkeit und Gehirnzellen reguliert.

Eine zentrale Rolle bei diesem Mechanismus spielen der Neurotransmitter Gamma-Aminobuttersäure (GABA) und die GABAA-Rezeptoren. „Die GABAA-Rezeptoren haben mit ihrer biologischen Rolle in der dämpfenden Regulierung neuronaler Aktivität eine große Bedeutung in der Medizin“, erklärt Francesca Ciccolini.

„Die Modulatoren von GABA-Rezeptoren werden gewöhnlich als Medikamente in einem großen Spektrum medizinischer Behandlungen eingesetzt, etwa zur Betäubung in der Anästhesie, zu Induzierung von Muskelerschlaffung, zur Verhinderung von Schlaganfällen, um Angst zu mindern und um den Symptomen eines Alkoholentzuges entgegenzuwirken. Deswegen zeigen unsere Ergebnisse auch das Risiko von Therapien, die Modulatoren von GABAA-Rezeptoren einsetzen und damit potentielle Nebenwirkungen auf die zugrundeliegende Regulation des Wasserhaushaltes im Gehirn haben.“

Die Wissenschaftler konnten zudem nachweisen, dass der neu entdeckte Mechanismus für die Beseitigung von überschüssiger Flüssigkeit aus dem Cerebrospinalraum wichtig ist und daher auch eine große Rolle bei der Behandlung von Hydrocephalus-Erkrankungen spielen kann. „Durch unsere Erkenntnisse ergeben sich neue Möglichkeiten, den Wasserhaushalt im menschlichen Gehirn gezielt zu regulieren“, erklärt Francesca Ciccolini. In künftigen Studien wollen die Wissenschaftler nun erforschen, ob dieser Mechanismus der AQP-Regulation auf weitere Gehirnregionen übertragen werden kann.

Originalveröffentlichung:
Y. Li, U. Schmidt-Edelkraut, F. Poetz, I. Oliva, C. Mandl, G. Hölzl-Wenig, K. Schönig, D. Bartsch, F. Ciccolini: γ-Aminobutyric A Receptor (GABAAR) Regulates Aquaporin 4 Expression in the Subependymal Zone: Relevance to Neural Precursors and Water Exchange. J Biol Chem. 2015 Feb 13;290(7):4343-55. doi: 10.1074/jbc.M114.618686.

Kontakt:
Dr. Francesca Ciccolini
Institut für Neurobiologie
Telefon (06221) 54-8696
Ciccolini@nbio.uni-heidelberg.de

Kommunikation und Marketing
Pressestelle
Telefon (06221) 54-2311
presse@rektorat.uni-heidelberg.de

Marietta Fuhrmann-Koch | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-heidelberg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Basis für neue medikamentöse Therapie bei Demenz
27.07.2017 | Medizinische Hochschule Hannover

nachricht Biochemiker entschlüsseln Zusammenspiel von Enzym-Domänen während der Katalyse
27.07.2017 | Westfälische Wilhelms-Universität Münster

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: Physiker designen ultrascharfe Pulse

Quantenphysiker um Oriol Romero-Isart haben einen einfachen Aufbau entworfen, mit dem theoretisch beliebig stark fokussierte elektromagnetische Felder erzeugt werden können. Anwendung finden könnte das neue Verfahren zum Beispiel in der Mikroskopie oder für besonders empfindliche Sensoren.

Mikrowellen, Wärmestrahlung, Licht und Röntgenstrahlung sind Beispiele für elektromagnetische Wellen. Für viele Anwendungen ist es notwendig, diese Strahlung...

Im Focus: Physicists Design Ultrafocused Pulses

Physicists working with researcher Oriol Romero-Isart devised a new simple scheme to theoretically generate arbitrarily short and focused electromagnetic fields. This new tool could be used for precise sensing and in microscopy.

Microwaves, heat radiation, light and X-radiation are examples for electromagnetic waves. Many applications require to focus the electromagnetic fields to...

Im Focus: Navigationssystem der Hirnzellen entschlüsselt

Das menschliche Gehirn besteht aus etwa hundert Milliarden Nervenzellen. Informationen zwischen ihnen werden über ein komplexes Netzwerk aus Nervenfasern übermittelt. Verdrahtet werden die meisten dieser Verbindungen vor der Geburt nach einem genetischen Bauplan, also ohne dass äußere Einflüsse eine Rolle spielen. Mehr darüber, wie das Navigationssystem funktioniert, das die Axone beim Wachstum leitet, haben jetzt Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) herausgefunden. Das berichten sie im Fachmagazin eLife.

Die Gesamtlänge des Nervenfasernetzes im Gehirn beträgt etwa 500.000 Kilometer, mehr als die Entfernung zwischen Erde und Mond. Damit es beim Verdrahten der...

Im Focus: Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwandeln Strom in leuchtende Quasiteilchen

Starke Licht-Materie-Kopplung in diesen halbleitenden Röhrchen könnte zu elektrisch gepumpten Lasern führen

Auch durch Anregung mit Strom ist die Erzeugung von leuchtenden Quasiteilchen aus Licht und Materie in halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen möglich....

Im Focus: Carbon Nanotubes Turn Electrical Current into Light-emitting Quasi-particles

Strong light-matter coupling in these semiconducting tubes may hold the key to electrically pumped lasers

Light-matter quasi-particles can be generated electrically in semiconducting carbon nanotubes. Material scientists and physicists from Heidelberg University...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

10. Uelzener Forum: Demografischer Wandel und Digitalisierung

26.07.2017 | Veranstaltungen

Clash of Realities 2017: Anmeldung jetzt möglich. Internationale Konferenz an der TH Köln

26.07.2017 | Veranstaltungen

2. Spitzentreffen »Industrie 4.0 live«

25.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Basis für neue medikamentöse Therapie bei Demenz

27.07.2017 | Biowissenschaften Chemie

Aus Potenzial Erfolge machen: 30 Rittaler schließen Nachqualifizierung erfolgreich ab

27.07.2017 | Unternehmensmeldung

Biochemiker entschlüsseln Zusammenspiel von Enzym-Domänen während der Katalyse

27.07.2017 | Biowissenschaften Chemie