Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gegenverkehr im Rückenmark

19.12.2013
Es ist erstaunlich, welche Fortschritte ein Kleinkind gerade im ersten Jahr macht. Doch was passiert im Nervensystem, um den Wandel von unkoordiniertem Strampeln in eine fein koordinierte Bewegung zu ermöglichen?

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie in Martinsried bei München haben nun mit Kollegen aus den USA einen neuen Nervenzelltyp in Mäusen beschrieben, der Einblick in diese entwicklungsbiologische Frage gibt.


Im embryonalen Rückenmark lila angefärbt, wird ein neu beschriebener Nervenzelltyp sichtbar. Diese dienen als Leitsystem für Axone, die aus dem Gehirn ins Rückenmark wachsen. © MPI für Neurobiologie / Paixão

Die Fortsätze dieser Zellen wachsen während der Embryonalentwicklung vom Rückenmark ins Gehirn. Sie fungieren als Wegbereiter für andere Nervenzellen, die erst nach der Geburt aus dem Gehirn ins Rückenmark wachsen und willkürliche Bewegungen steuern.

Greifen wir mit der Hand gezielt nach einem Objekt oder stecken den Fuß in einen Stiefel, so koordiniert und kontrolliert das Gehirn diese Bewegungen. Damit dies möglich ist, muss es eine Nervenbahn geben, über die Anweisungen vom Gehirn zum Beispiel zum Fuß geschickt und umgekehrt auch Reize aus der Fuß-Umgebung an das Gehirn geleitet werden.

Solche Nervenbahnen entstehen, wenn die Fortsätze (Axone) von Nervenzellen während der Entwicklung auswachsen. Je nach Organismus und zu bewegendem Körperteil können die Axone dabei viele Zentimeter lang werden.

Wie sie dabei ihren Weg durch den Körper finden, und welche Moleküle bei der Wegfindung eine Rolle spielen, das untersuchen Rüdiger Klein und sein Team am Max-Planck-Institut für Neurobiologie. Im Fokus der Wissenschaftler stehen besonders die Ephrin- Signalmoleküle und ihre Bindungspartner, die Eph-Rezeptoren. Ephrine und Eph-Rezeptoren befinden sich unter anderem auf der Oberfläche von Nervenzellen und helfen den wachsenden Zellen, ihren Weg und ihre Partnerzellen zu finden.

Gegenverkehr mit Leitsystem

Ephrine und Eph-Rezeptoren sind wesentlich am Aufbau der neuronalen Netze beteiligt, die unsere Bewegungsabläufe steuern. Das fanden Rüdiger Klein und sein Team bereits vor längerer Zeit an ihrem Studienobjekt, der Maus, heraus.

Die Neurobiologen konnten zeigen, dass das Ephrin/Eph-System Nervenzellen leitet, die ihre Axone nach der Geburt vom Gehirn ins Rückenmark schicken und willkürliche Bewegungen von Beinen und Armen lenken. Bei der Untersuchung von Axonen, die in die entgegengesetzte Richtung verlaufen, also vom Rückenmark ins Gehirn, stießen die Forscher nun auf einen neuen Zelltyp, der ebenfalls Eph-Rezeptoren enthielt. „Genau dort, wo die "absteigenden" Axone wuchsen, verliefen parallel dazu auch die "aufsteigenden" Axone“, berichtet Rüdiger Klein. „Da haben wir uns natürlich gefragt, wie dieses parallele Wachstum in der Entwicklung gesteuert wird.“

Die darauf folgenden Untersuchungen der Neurobiologen zeigten Erstaunliches: Im Gegensatz zu den bekannten Zellen wuchsen die aufsteigenden Axone des neuen Zelltyps nicht erst nach der Geburt, sondern bereits während der Embryonalentwicklung aus. Zudem wurde ihr Wachstum vom gleichen Ephrin/Eph-Signalsystem geleitet, wie das der absteigenden Axone. „Es sieht so aus, als würden die aufsteigenden Axone während der Embryonalentwicklung sozusagen einen Kanal "vorbohren", für die erst nach der Geburt auswachsenden, absteigenden Axone“, erklärt Rüdiger Klein.

Mögliches Feedbacksystem

Die weiteren Untersuchungen der neuen, aufsteigenden Nervenzellen legen nahe, dass sie ihren Input von berührungsempfindlichen Zellen erhalten. Es könnte sich daher hier um ein neues Feedback-System handeln: Willkürliche Bewegungen werden durch Signale von berührungsempfindlichen Zellen verfeinert, und so die beabsichtigte Bewegung der Umgebung angepasst – der Fuß rutscht in den Stiefel. „Was uns erstaunt hat, ist die Tatsache, dass ein und dasselbe Leitsystem die absteigenden und auch die aufsteigenden Axone lenkt“, so Klein. „Es ist ein sehr schönes Beispiel dafür, wie mit dem flexiblen Einsatz einzelner Moleküle und somit mit wenigen Genen, ein hochkomplexes Nervensystem aufgebaut werden kann.“ Ob es sich tatsächlich um das vermutete Feedback-System handelt, die auf- und absteigenden Zellen also über Synapsen verbunden sind, das wollen die Wissenschaftler als nächstes herausfinden. Schritt für Schritt wollen sie so die entwicklungsbiologischen Vorgänge entschlüsseln, durch die das Gehirn Bewegungsabläufe koordinieren und steuern kann.

Originalpublikation

Sónia Paixão, Aarathi Balijepalli, Najet Serradj, Jingwen Niu, Wenqui Luo, John H. Martin, Rüdiger Klein
EphrinB3/EphA4-mediated guidance of ascending and descending spinal tracts
Neuron, 18. Dezember 2013
Kontakt
Dr. Stefanie Merker
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Martinsried
Tel.: 089 8578 - 3514
E-Mail: merker@neuro.mpg.de
www.neuro.mpg.de
Prof. Dr. Rüdiger Klein
Abteilung Moleküle – Signale – Entwicklung
Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Martinsried
Email: rklein@neuro.mpg.de
http://www.neuro.mpg.de/klein/de - Webseite von Rüdiger Klein

Dr. Stefanie Merker | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.neuro.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers
28.04.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Forschungsteam entdeckt Mechanismus zur Aktivierung der Reproduktion bei Pflanzen
28.04.2017 | Universität Hamburg

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: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie