Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Milchsäure für die Energie im Gehirn

24.11.2015

Nervenzellen decken ihren hohen Energiebedarf mit Glukose und auch mit Milchsäure ab. Das belegen jetzt Forscher der Universität Zürich. Sie zeigen erstmals im intakten Mäusegehirn den Austausch von Milchsäure zwischen verschiedenen Hirnzellen. Damit untermauern sie eine 20 Jahre alte Hypothese.

Im Vergleich mit anderen Organen verbraucht das menschliche Gehirn am meisten Energie. Die Energieversorgung der Nervenzellen und die Rolle, welche Milchsäure (Laktat) dabei spielt, diskutieren Forscher schon länger kontrovers.


Grafik des Mechanismus

UZH; Frank Brüderli

Eine in den 90-er Jahren aufgestellte Hypothese besagt: Dem Energie-Stoffwechsel im Hirn liegt eine gut aufeinander abgestimmte Tätigkeit zwischen zwei Zelltypen, den Astrozyten und Neuronen, zugrunde. Die Astrozyten produzieren Milchsäure.

Diese fliesst in die Neuronen, damit diese ihren hohen Energiebedarf decken können. Aufgrund unzulänglicher experimenteller Techniken blieb bis heute unklar, ob zwischen Astrozyten und Neuronen tatsächlich ein Austausch von Milchsäure besteht.

Die Arbeitsgruppe um Professor Bruno Weber vom Institut für Pharmakologie und Toxikologie belegt, dass zwischen Astrozyten und Neuronen eine deutlich unterschiedliche Konzentration an Milchsäure besteht.

Transport von Milchsäure ist abhängig von der Konzentration

Der Ein- und Austritt von Milchsäure in und aus Körperzellen geschieht konzentrationsabhängig über spezifische Milchsäuretransporter, auch Monocarboxylat-Transporter oder MCT genannt. Eine typische Eigenschaft von gewissen Transporter-Proteinen ist die sogenannte Transakzeleration.

«Man kann sich MCT als Drehtüren in einem Einkaufszentrum vorstellen, die sich bei Personenandrang von beiden Seiten schneller drehen», erklärt Bruno Weber, Professor für Multimodale Experimentelle Bildgebung an der Universität Zürich. Die Zürcher Forscher machten sich diese Eigenschaft zunutze und beschleunigten die «Drehtüren».

Durch Erhöhung der ausserzellulären Pyruvat-Konzentration stimulierten sie den Transport von Milchsäure aus den Zellen. Dadurch kam es zu einer messbaren Entleerung der astrozytären Milchsäure. Interessanterweise änderte sich jedoch die Milchsäure-Konzentration in den Neuronen nicht. Gestützt auf dieses Resultat sowie die Resultate weiterer Kontrollexperimente bestätigte sich ein deutlicher Milchsäureunterschied zwischen Astrozyten und Nervenzellen.

«Da Milchsäure mittels MCT passiv über Zellmembranen verschoben wird, ist ein solcher Konzentrationsunterschied zwischen den zwei Zelltypen eine notwendige Voraussetzung für den Milchsäurefluss», sagt Bruno Weber.

Anhand eines Proteins, das gezielt in Astrozyten und Nervenzellen aufgebaut wird, konnten die Forscher die veränderte Milchsäure-Konzentration in den Zellen in Echtzeit messen. Die im Protein enthaltenen fluoreszierenden Seitenketten verändern die Intensität ihrer Fluoreszenz je nach Menge der Milchsäure. «Wir konnten diese Fluoreszenzänderungen anhand der speziellen Zwei-Photonenmikroskopie in anästhesierten Mäusen messen», erklärt Bruno Weber.

Mehr als 20 Jahre nach der Formulierung der Hypothese, dass Nervenzellen Milchsäure abbauen, sind die Forscher dem endgültigen Beweis im intakten Organismus einen wichtigen Schritt näher gekommen. «Bei zahlreichen Hirnerkrankungen treten bereits früh Störungen des Energiestoffwechsels auf. Dies unterstreicht die Wichtigkeit eines exakten Verständnisses der Vorgänge auf Zellebene, die zu einer normal funktionierenden Energiebereitstellung im Hirn beitragen», schliesst Bruno Weber.

Literatur:
P. Mächler, M.T. Wyss, M. Elsayed, J. Stobart, R. Gutierrez, A. von Faber-Castell, V. Kaelin, A. Zuend M. San Martín, I. Romero-Gómez, F. Baeza-Lehnert, S. Lengacher, B.L. Schneider, P. Aebischer, P.J. Magistretti, L.F Barros, B. Weber. In vivo evidence for a lactate gradient from astrocytes to neurons. Cell Metabolism 23, 1–9. November 19, 2015. Doi: org./10.1016/j.cmet.2015.10.010

Weitere Informationen:

http://www.mediadesk.uzh.ch

Beat Müller | Universität Zürich

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht UVB-Strahlung beeinflusst Verhalten von Stichlingen
13.12.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Mikroorganismen auf zwei Kontinenten studieren
13.12.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

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: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Im Focus: Electromagnetic water cloak eliminates drag and wake

Detailed calculations show water cloaks are feasible with today's technology

Researchers have developed a water cloaking concept based on electromagnetic forces that could eliminate an object's wake, greatly reducing its drag while...

Im Focus: Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

Forschern der Universität Bayreuth und des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist es erstmals gelungen, die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) in Experimenten anzuwenden, bei denen Materialproben unter sehr hohen Drücken – ähnlich denen im unteren Erdmantel – analysiert werden. Das in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Verfahren verspricht neue Erkenntnisse über Elementarteilchen, die sich unter hohen Drücken oft anders verhalten als unter Normalbedingungen. Es wird voraussichtlich technologische Innovationen fördern, aber auch neue Einblicke in das Erdinnere und die Erdgeschichte, insbesondere die Bedingungen für die Entstehung von Leben, ermöglichen.

Diamanten setzen Materie unter Hochdruck

Im Focus: Scientists channel graphene to understand filtration and ion transport into cells

Tiny pores at a cell's entryway act as miniature bouncers, letting in some electrically charged atoms--ions--but blocking others. Operating as exquisitely sensitive filters, these "ion channels" play a critical role in biological functions such as muscle contraction and the firing of brain cells.

To rapidly transport the right ions through the cell membrane, the tiny channels rely on a complex interplay between the ions and surrounding molecules,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Materialinnovationen 2018 – Werkstoff- und Materialforschungskonferenz des BMBF

13.12.2017 | Veranstaltungen

Innovativer Wasserbau im 21. Jahrhundert

13.12.2017 | Veranstaltungen

Innovative Strategien zur Bekämpfung von parasitären Würmern

08.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rest-Spannung trotz Megabeben

13.12.2017 | Geowissenschaften

Computermodell weist den Weg zu effektiven Kombinationstherapien bei Darmkrebs

13.12.2017 | Medizin Gesundheit

Winzige Weltenbummler: In Arktis und Antarktis leben die gleichen Bakterien

13.12.2017 | Geowissenschaften