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 Neue Maßstäbe für eine bessere Wasserqualität in Europa
27.02.2017 | Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ

nachricht Neurobiologie - Vorausschauend teilen
27.02.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

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: Wie Proteine Zellmembranen verformen

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor Oliver Daumke vom MDC erforscht. Er und sein Team haben nun aufgeklärt, wie sich diese Proteine auf der Oberfläche von Zellen zusammenlagern und dadurch deren Außenhaut verformen.

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor...

Im Focus: Safe glide at total engine failure with ELA-inside

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded after a glide flight with an Airbus A320 in ditching on the Hudson River. All 155 people on board were saved.

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded...

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Poseidon goes Politics – Wer oder was regiert die Ozeane?

27.02.2017 | Veranstaltungen

Fachtagung Rapid Prototyping 2017 – Innovationen in Entwicklung und Produktion

27.02.2017 | Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Herz-Untersuchung: Kontrastmittel sparen mit dem Mini-Teilchenbeschleuniger

27.02.2017 | Medizintechnik

Neue Maßstäbe für eine bessere Wasserqualität in Europa

27.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wenn der Schmerz keine Worte findet - Künstliche Intelligenz zur automatisierten Schmerzerkennung

27.02.2017 | Medizintechnik