Doping für den Riechkolben: Transkriptionsfaktor fördert Neubildung von Nervenzellen im Gehirn

Im Gehirn ausgewachsener Säuger – inklusive des Menschen – findet fast keine Neubildung von Nervenzellen mehr statt. Nur in zwei kleinen Bereichen des Vorderhirns werden abgestorbene Zellen ersetzt. Einer dieser Bereiche ist der Riechkolben, wo die von der Nase kommenden Riechnerven enden. Die Entwicklungsbiologin Prof. Dr. Magdalena Götz (GSF-Institut für Stammzellforschung und Institut für Physiologie der Ludwig Maximilians-Universität München) konnte nun die molekularen Mechanismen aufklären, die die Neubildung der Nervenzellen im Riechkolben möglich machen: Untersuchungen an erwachsenen Mäusen zeigten, dass der Transkriptionsfaktor Pax6 das Wachstum der Zellen in Schwung bringt. Dabei fördert Pax6 besonders die Bildung von Nervenzellen, die Dopamin als Botenstoff nutzen – da die Parkinsonkrankheit auf dem Absterben dopaminerger Nervenzellen beruht, könnte dieser neu entdeckte Mechanismus auch ein Ansatz für neue Therapien sein.

Der Transkriptionsfaktor Pax6 reguliert die Genexpression und spielt bei der Entwicklung des Gehirns eine wichtige Rolle. Nach der Geburt wird in weiten Bereichen des Vorderhirns kein Pax6 mehr gebildet. „Allerdings konnten wir Pax6 in den neuronalen Vorläuferzellen nachweisen, aus denen die Nervenzellen des Riechkolbens hervorgehen“, erzählt Götz, „dies brachte uns auf die Idee, dass Pax6 für die Neubildung von Nervenzellen notwendig sein könnte“. Um ihrer Hypothese nachzugehen, schleusten Götz und ihre Mitarbeiter mit Hilfe viraler Vektoren zusätzliches Pax6 gezielt in die Hirnbereiche ausgewachsener Mäuse ein, in denen sich entsprechende neurale Vorläuferzellen befinden. Tatsächlich steigerte zusätzliches Pax6 die Produktion von Nervenzellen des Riechkolbens. Blockierten die Wissenschaftler Pax6, wurde die Zellproduktion eingestellt.

Außerdem zeigte sich zur Überraschung der Wissenschaftler, dass Pax6 offensichtlich eine Doppelfunktion hat: wenn sich die neu gebildeten Nervenzellen in einem späteren Stadium weiter entwickeln und unterschiedliche Eigenschaften ausprägen, beeinflusst Pax6, welchen speziellen Botenstoff diese Nervenzellen benutzen, um zu kommunizieren. Bleibt Pax6 in dieser Entwicklungsphase vorhanden, produzieren die Nervenzellen zusätzlich den Botenstoff Dopamin. „Mit unseren Versuchen konnten wir somit zum ersten Mal zeigen, wie dopaminerge Nervenzellen im erwachsenen Gehirn neu gebildet werden“, betont Götz. Da bei Parkinson-Patienten gerade die dopaminergen Nervenzellen absterben, könnte dieser Mechanismus neue Therapiemöglichkeiten eröffnen. Zwar betrifft das Absterben dopaminerger Nervenzellen bei der Parkinson-Krankheit nicht den Riechkolben, sondern andere Gehirnbereiche. Möglicherweise wandern aber im Riechkolben neu gebildete dopaminerge Nervenzellen anschließend in die Regionen, in denen sie gebraucht werden.

Auch Hirnverletzte können langfristig auf neue Behandlungsmethoden hoffen: Die Wissenschaftler identifizierten mit dem Transkriptionsfaktor Olig2 einen Gegenspieler zu Pax6, der die Neubildung von Nervenzellen hemmt – und der paradoxerweise besonders in verletzten Hirnbereichen gebildet wird. Götz gelang es, Olig2 zu blockieren und so die Neubildung von Nervenzellen wieder in Gang zu bringen. „Diese Versuche zeigen, dass es prinzipiell auch im ausgewachsenen Gehirn möglich ist, abgestorbene Nervenzellen wieder zu ersetzen“, erklärt Götz. Allerdings liegt bis dahin noch ein langer Weg vor den Wissenschaftlern, denn viele der neu gebildeten Nervenzellen bleiben unreif und viele sterben auch wieder ab. Deshalb wollen die Forscher als nächsten Schritt die hierfür verantwortlichen Faktoren identifizieren und manipulieren. Trotz dieser Schwierigkeiten liefern die bisherigen Ergebnisse einen hoffnungsvollen Ansatz für die Therapie vieler neurologischer Erkrankungen, die momentan praktisch nicht behandelt werden können. „Unsere Forschung ist ein weiterer Schritt auf dem Weg zu einer neuen Form der regenerativen Medizin, die dem Gehirn nach Verletzungen wieder zu funktioneller Regeneration verhelfen kann“, hofft Götz.

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