Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gliazellen versorgen Nervenfasern mit energiereichen Stoffwechselprodukten

04.05.2012
Gliazellen geben Metabolite an Nervenzellen weiter

Rund hundert Milliarden Nervenzellen im Gehirn des Menschen sorgen dafür, dass wir denken, fühlen und handeln können: Durch lange Nervenfasern, die sogenannten Axone, übertragen sie elektrische Impulse in weit entfernte Teile des Gehirns und des Körpers.


Elektronenmikroskopische Querschnittsaufnahme von Nervenzellfortsätzen (Axonen) des Sehnervs. Die Axone sind von speziellen Gliazellen umgeben, den Oligodendrozyten, die sich in mehreren Lagen um die Axone wickeln. Zwischen den Axonen befinden sich Fortsätze von Astrozyten, einer weiteren Art von Gliazellen. © K.-A.Nave/MPI f. experimentelle Medizin

Diese Kommunikation erfordert eine große Menge an Energie, die die Nervenzellen nicht allein aufbringen müssen. Ihnen zur Seite stehen die Gliazellen, die sie zum einen mit einer elektrisch isolierenden Myelinscheide umgeben, sie zum anderen aber auch – so die neuesten Ergebnisse – mit Metaboliten als „Brennstoff“ versorgen können.

Die Arbeitsgruppe von Klaus-Armin Nave vom Max-Planck-Institut für experimentelle Medizin in Göttingen hat herausgefunden, auf welche Weise die Gliazellen im Gehirn ihre assoziierten Axone unterstützen und langfristig am Leben erhalten.

Oligodendrozyten sind eine Gruppe hochspezialisierter Gliazellen im zentralen Nervensystem. Sie sind für die Bildung der fettreichen Myelinscheide zuständig, die die Nervenfasern als eine Isolierschicht umgibt. Ein Vergleich mit Elektrokabeln und ihrer Ummantelung bietet sich an, doch hat das Myelin weit mehr Fähigkeiten als die Isolierschicht von Elektrokabeln: Es erhöht die Leitungsgeschwindigkeit der Axone und senkt zudem den laufenden Energieverbrauch. Wie wichtig das Myelin für ein funktionierendes Nervensystem ist, zeigen Erkrankungen, die mit einer defekten Isolierschicht einhergehen, wie beispielsweise die Multiple Sklerose

Interessanterweise geht jedoch die Funktion der Oligodendrozyten über diese Bereitstellung von Myelin weit hinaus. Klaus-Armin Nave und sein Team am Max-Planck-Institut in Göttingen konnten bereits vor Jahren zeigen, dass gesunde Gliazellen auch für das langfristige Überleben der Axone selbst essenziell sind, unabhängig von der Myelinisierung. „Bisher war uns nicht klar, auf welche Weise die Oligodendrozyten ihre assoziierten Axone funktionell unterstützen“, erklärt Nave. In einer neuen Studie konnten die Forscher nun zeigen, dass die Gliazellen unter anderem am Energienachschub in den Nervenfasern beteiligt sind. „Man könnte sagen, sie sind die Tankstellen auf der Datenautobahn der Axone“, erklärt Nave die Ergebnisse.

Doch wie funktioniert das Tanken der Energie? Stehen die Oligodendrozyten und Axone metabolisch in Verbindung? Um das zu ermitteln, setzte Ursula Fünfschilling genetisch veränderte Mäuse in ihrer Studie ein: Bei ihnen wurde die Funktion der Mitochondrien gezielt in den Oligodendrozyten gestört, indem dort das Gen Cox10 inaktiviert wurde. In den Mitochondrien finden die letzten Schritte des Zuckerabbaus statt und es wird Energie gewonnen – ein Prozess, der als Atmungskette bekannt ist. Fehlt ein Glied dieser Kette hier die Cytochrom-Oxidase (COX), die nur mit dem Enzym Cox10 funktionstüchtig ist, verlieren die Gliazellen nach und nach die Fähigkeit, mit Hilfe ihrer Mitochondrien zelluläre Atmung zu betreiben. „Ohne eigene Atmung sollten die manipulierten Gliazellen des Nervensystems absterben“, erklärt die Wissenschaftlerin. Es sei denn, es genügt ihnen die geringe Energiegewinnung aus der Spaltung von Zucker zum Pyruvat beziehungsweise zur Milchsäure, ein Prozess, der als Glykolyse bezeichnet wird.

Und tatsächlich konnten die Wissenschaftler an ihren Mäusen genau das beobachten: Das Myelin der Tiere wurde zunächst normal ausgebildet. Der dann einsetzende Verlust der mitochondrialen Atmungskette schien den Gliazellen im zentralen Nervensystem nichts anzuhaben. Selbst nach über einem Jahr waren keinerlei neurodegenerative Veränderungen im Gehirn zu beobachten. Die Wissenschaftler vermuten nun, dass die mutierten Oligodendrozyten während der Myelinisierung des Gehirns in den ersten Lebenswochen – eine Phase größten Energiebedarfs – noch auf viele intakte Mitochondrien zurückgreifen. Später scheinen alle reiferen Oligodendrozyten die mitochondriale Atmung ohnehin herunterzufahren und auf eine Energiegewinnung durch erhöhte Glykolyse zu setzen. Dies hat in gesunden Gliazellen den Vorteil, dass die beim Abbau von Glukose anfallenden Stoffwechselprodukte als Bausteine für die Synthese des Myelins genutzt werden können. Darüber hinaus kann die in Oligodendrozyten anfallende Milchsäure an die Axone abgegeben werden, um dort mit Hilfe eigener axonaler Mitochondrien Energie zu gewinnen.

„Der völlige Verlust der Atmungskette in den gezielt veränderten Oligodendrozyten hebt wahrscheinlich einen natürlicherweise ablaufenden Entwicklungsschritt hervor“, erklärt Nave die Beobachtungen. Der Verlust glialer Mitochondrien führt also nicht zu einer schlechteren Versorgung der Axone, sondern im Gegenteil allenfalls zu einem Überangebot an verwertbarer Milchsäure. Die betroffenen Nervenbahnen selbst haben nachweislich kein Problem, die Milchsäure von Oligodendrozyten zu verstoffwechseln. Transportproteine sorgen für den raschen Transfer der Milchsäure zwischen Oligodendrozyten und Axon.

Dieses zunächst unerwartete Resultat führt zu einem neuen Verständnis der Rolle von Oligodendrozyten: Neben ihrer bekannten Bedeutung für die Myelinisierung können sie den Axonen unmittelbar Glukoseprodukte zur Verfügung stellen, die mit Hilfe axonaler Mitochondrien in Zeiten hoher Aktivität der Nervenzellen als Brennstoff genutzt werden. Diese Kopplung von Gliazellen könnte unter anderem erklären, warum bei vielen Myelinerkrankungen, wie zum Beispiel auch der Multiplen Sklerose, die betroffenen demyelinisierten Axone häufig irreversiblen Schaden nehmen.

Kontakte

Prof. Klaus-Armin Nave Ph.D.
Max-Planck-Institut für experimentelle Medizin
Telefon: +49 551 3899-757
Fax: +49 551 3899-758
Email: nave@­em.mpg.de
Dr. Ursula Fünfschilling
Max-Planck-Institut für experimentelle Medizin
Telefon: +49 55 1389-9131
Email: fuenfschilling@­em.mpg.de
Originalpublikation
Ursula Fünfschilling, Lotti M. Supplie, Don Mahad, Susann Boretius, Aiman S. Saab, Julia Edgar, Bastian G. Brinkmann, Celia M. Kassmann, Iva D. Tzvetanova, Wiebke Möbius, Francisca Diaz, Dies Meijer, Ueli Suter, Bernd Hamprecht, Michael W. Sereda, Carlos T. Moraes, Jens Frahm, Sandra Goebbels & Klaus-Armin Nave
Glycolytic oligodendrocytes maintain myelin and long-term axonal integrity
Nature, 29. April 2012

Prof. Klaus-Armin Nave Ph.D. | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/5765715/gliazellen_metabolite_nervenzellen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher beschreiben neuartigen Antikörper als möglichen Wirkstoff gegen Alzheimer
22.08.2017 | Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

nachricht Virus mit Eierschale
22.08.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: Wissenschaftler entdecken seltene Ordnung von Elektronen in einem supraleitenden Kristall

In einem Artikel der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins „Nature“ berichten Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden von der Entdeckung eines seltenen Materiezustandes, bei dem sich die Elektronen in einem Kristall gemeinsam in einer Richtung bewegen. Diese Entdeckung berührt eine der offenen Fragestellungen im Bereich der Festkörperphysik: Was passiert, wenn sich Elektronen gemeinsam im Kollektiv verhalten, in sogenannten „stark korrelierten Elektronensystemen“, und wie „einigen sich“ die Elektronen auf ein gemeinsames Verhalten?

In den meisten Metallen beeinflussen sich Elektronen gegenseitig nur wenig und leiten Wärme und elektrischen Strom weitgehend unabhängig voneinander durch das...

Im Focus: Wie ein Bakterium von Methanol leben kann

Bei einem Bakterium, das Methanol als Nährstoff nutzen kann, identifizierten ETH-Forscher alle dafür benötigten Gene. Die Erkenntnis hilft, diesen Rohstoff für die Biotechnologie besser nutzbar zu machen.

Viele Chemiker erforschen derzeit, wie man aus den kleinen Kohlenstoffverbindungen Methan und Methanol grössere Moleküle herstellt. Denn Methan kommt auf der...

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer IPM präsentiert »Deep Learning Framework« zur automatisierten Interpretation von 3D-Daten

22.08.2017 | Informationstechnologie

Globale Klimaextreme nach Vulkanausbrüchen

22.08.2017 | Geowissenschaften

RWI/ISL-Containerumschlag-Index erreicht neuen Höchstwert

22.08.2017 | Wirtschaft Finanzen