Yin und Yang der Nervennetzwerke für Bewegung identifiziert

Trotz deren Wichtigkeit waren bis anhin die Nervennetzwerke, welche gegensätzliche Bewegungen steuern, weitgehend unerforscht. Prof. Silvia Arber und ihr Team vom Biozentrum der Universität Basel und vom Friedrich Miescher Institut in Basel zeigen nun erstmalig eine organisatorische Trennung dieser Netzwerke im Rückenmark auf, die sowohl auf räumlicher Anordnung als auch auf Entwicklungszeit basiert. Diese Trennung spiegelt die verschiedenen Bewegungsabläufe wider und ermöglicht unterschiedliche Steuerungsmechanismen. Arbers Ergebnisse sind jetzt in der neuen Ausgabe des Journals Nature veröffentlicht.

Bewegung ist eine zentrale Fähigkeit von Mensch und Tier. Dabei muss eine Vielzahl von Muskeln wie ein Orchester vom Nervensystem über gezielte Impulse gesteuert und koordiniert werden. Die Ausführung von gegensätzlichen Bewegungen spielt dabei eine wichtige Rolle. So wechseln sich zum Beispiel Muskeln für Beugung und Streckung in der Arbeit ab, wie dies tagtäglich beim Gehen passiert. Befehle zur Beugung oder Streckung werden über spezielle Nervenzellen im Rückenmark, den Motoneuronen, an die entsprechenden Muskeln weitergeleitet. Den Motoneuronen vorgeschaltet liegen sogenannte Interneuronen, die den Impuls entsprechend an Beuger- oder Strecker-Motoneuronen weiterleiten. In Analogie entsprechen diese vorgeschalteten Interneuronen dem Dirigenten eines Orchesters, der die Befehle zum Spielen oder Schweigen erteilt.

Räumliche und zeitliche Trennung von Interneuronen-Gruppen
Silvia Arbers Forschungsgruppe ist es erstmalig gelungen, die verschiedenen Interneuronen-Gruppen dreidimensional im Rückenmark zu lokalisieren und dadurch genauer zu untersuchen. Neu entwickelte Methoden haben es der Forschungsgruppe nun ermöglicht, die Verteilung von Interneuronen, welche für Beugungs- und Streckungsbewegung verantwortlich sind, im Rückenmark darzustellen. Interessanterweise zeigte sich dabei, dass diese beiden funktionell verschiedenen Gruppen von Interneuronen eine markant unterschiedliche Verteilung aufweisen. Die Ursache dieser Unterschiede liegt in deren Entwicklung. Dabei reifen Interneuronen mit Beuger- oder Strecker-Funktion zu unterschiedlichen Zeiten, so dass eine zeitliche Komponente während der Entwicklung eine massgebliche Rolle für die Verbindungen zu funktionell gegensätzlichen Motoneuronen spielt. Entwicklungszeit und räumliche Anordnung dieser Nervenzellen sind somit wichtig für deren spätere Funktionen im Bewegungsablauf.
Neue Möglichkeiten für die Forschung
Bislang war nicht bekannt, ob Netzwerke von Interneuronen spezifisch einer der beiden Funktionen – Impulsweiterleitung zur Beugung oder Streckung eines Muskels – zuzuordnen sind. Auch dass die Funktionsweise der dafür zuständigen Nervenzellen von ihrer zeitlichen und räumlichen Entwicklung abhängen, ist ein überraschendes Ergebnis. Das bessere Verständnis dieser organisatorischen Prinzipien wird dazu führen, dass gezielte Studien an den nun identifizierten Netzwerken durchgeführt werden können. Krankheiten des Nervensystems führen oft zu motorischen Netzwerkdefekten und Verletzungen am Rückenmark können die Motorik stark einschränken. Ein besseres Verständnis der Funktions- und Organisationsprinzipien der motorischen Netzwerke ist essentiell, um zukünftige Interventionsmöglichkeiten ausfindig zu machen.
Weitere Auskünfte
Prof. Dr. Silvia Arber, Biozentrum der Universität Basel, Klingelbergstrasse 50 / 70, CH – 4056 Basel, Tel. +41 61 267 20 57, Email: silvia.arber@unibas.ch
Originalbeitrag
Marco Tripodi, Anna E. Stepien und Silvia Arber
Motor antagonism exposed by spatial segregation and timing of neurogenesis
Nature (2011), doi:10.1038/nature10538, Published online 19 October 2011