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Epilepsie entsteht durch veränderte Abwehrmechanismen im Gehirn

26.08.2019

Wissenschaftliche Studie bekräftigt die Bedeutung der Gliazellen bei epileptischen Anfällen und zeigt Potenziale für neue Therapien auf

Einen epileptischen Anfall kann jeder bekommen. Was genau passiert dabei im Körper und welche Mechanismen lösen eine solche plötzliche Störung aus?


Mikroskopaufnahme eines jungen Zebrafischhirns. Rot zeigt die Gliazellen, grün die Neuronen.

Copyright Emre Yaksi Lab, NTNU


Der Zebrafisch ist ein weit verbreiteter Modellorganismus, der die Erforschung komplexer Krankheiten beim Menschen wie Epilepsie und neurodegenerative Erkrankungen möglich macht.

Copyright Kizil Lab, CRTD

Ein internationales Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Prof. Dr. Emre Yaksi von der Norwegischen Universität NTNU, in dem auch Forscher des Zentrums für Regenerative Therapien der TU Dresden (CRTD) mitgearbeitet haben, hat entdeckt, dass ein Versagen der sogenannten Gliazellen im Gehirn die epileptischen Anfälle auslöst.

Die Studie untersuchte epileptische Anfälle bei Zebrafischen - einem weit verbreiteten Modellorganismus zur Erforschung der menschlichen Gehirnphysiologie. Zebrafische enthalten die gleichen Zelltypen, die auch im menschlichen Gehirn vorhanden sind.

Zwei dieser Zelltypen sind Glia und Neuronen. Neuronen sind in erster Linie an der Übertragung von Signalen beteiligt. Zu den Hauptfunktionen der Gliazellen gehören die Aufrechterhaltung eines ausgeglichenen Gehirnzustands, die Unterstützung der Neuronen und des Immunsystems sowie die Erhöhung der Geschwindigkeit der neuronalen Signalübertragung.

Die Studie ergab, dass kurz vor einem epileptischen Anfall Nervenzellen abnormal aktiv waren, aber nur in einem begrenzten Gehirnbereich. Im Gegensatz dazu zeigten Gliazellen eine starke synchrone Aktivität im gesamten Gehirn. Während des eigentlichen Anfalls nahm die neuronale Aktivität abrupt zu.

Die funktionellen Verbindungen zwischen den Nervenzellen und den Gliazellen wurden sehr kraftvoll. Damit verbreitete sich der Anfall quasi wie ein Sturm elektrischer Aktivität über das gesamte Gehirn.

Auch der Glutamatspiegel - eine chemische Verbindung, die Signale zwischen Nervenzellen überträgt - nahm stark zu. Das Glutamat wurde von Gliazellen abgesondert, die damit vom Freund zum Feind werden.

Die Ergebnisse der Studie deuten darauf hin, dass Epilepsie nicht nur aufgrund eines anormalen Verhaltens von Neuronen, sondern auch von Gliazellen entsteht.

"Unsere Ergebnisse liefern den Beweis dafür, dass sich die Wechselwirkungen zwischen Gliazellen und Neuronen während der Entstehung eines epileptischen Anfalls ändern. Es wird interessant sein zu sehen, ob dieses Phänomen bei den verschiedenen Arten von Epilepsie auftritt und verallgemeinerbar ist", sagt Prof. Emre Yaksi.

Normalerweise absorbieren die Gliazellen das überschüssige Glutamat, das während einer erhöhten Aktivität der Nervenzellen ausgeschieden wird. Die Studie zeigte jedoch, dass der Absonderungsprozess der Gliazellen, der in Kombination mit ihrer Hyperaktivität kurz vor einem Anfall beobachtet wurde, mit großer Wahrscheinlichkeit ein Abwehrmechanismus des Gehirns ist.

"In unserem Gehirn befinden sich mehr Gliazellen als Neuronen. Doch Gliazellen wurden von der Wissenschaft bisher weniger beachtet. Unsere Arbeit deckt eine interessante Funktion der Gliazellen auf und wird zweifellos mehr Interesse an diesem Zelltyp wecken", sagt CRTD-Forschungsgruppenleiter Dr. Caghan Kizil, der mit seinem Mitarbeiter Mehmet Ilyas Cosacak zu den Co-Autoren der Studie gehört und sowohl am CRTD der TU Dresden als auch am Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) forscht.

In den letzten Jahrzehnten wurden eine Reihe neuer Epilepsiemedikamente entwickelt. Ein Drittel der Patienten hat jedoch immer noch keine gute Kontrolle über die Anfälle. Ein Grund dafür könnte sein, dass die aktuellen Antiepileptika meist auf Neuronen abzielen, während die Gliazellen, die rund 80 Prozent der Zellen im Gehirn ausmachen, übersehen wurden. "Wir werden jetzt untersuchen, ob wir die Mechanismen, die wir in unserer aktuellen Studie identifiziert haben, auch im klinischen Umfeld erkennen können", sagt Yaksi.

Am Zentrum für Regenerative Therapien Dresden (CRTD) der TU Dresden widmen sich Spitzenforscher aus mehr als 30 Ländern neuen Therapieansätzen. Sie entschlüsseln die Prinzipien der Zell- und Geweberegeneration und ergründen deren Nutzung zur Diagnose, Behandlung und Heilung von Krankheiten. Das CRTD verknüpft Labor und Klinik, vernetzt Wissenschaftler mit Ärzten, nutzt Fachwissen in Stammzellforschung, Genom-Editing und Geweberegeneration für das eine Ziel: die Heilung von neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson, hämatologischen Krankheiten wie Leukämie, Stoffwechselerkrankungen wie Diabetes sowie Augen- und Knochenerkrankungen mittels neuer Diagnose- und Therapiemöglichkeiten.

Seit 2016 ist das CRTD eines von drei Instituten der zentralen wissenschaftlichen Einrichtung Center for Molecular and Cellular Bioengineering (CMCB) der TU Dresden. Es trägt entscheidend zur Profilierung der TU Dresden im Bereich Gesundheitswissenschaften, Biomedizin und Bioengineering bei.

www.tu-dresden.de/crtd 

www.tu-dresden.de/cmcb

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Caghan Kizil
Tel.: +49 351 210 463-610
Email: caghan.kizil@tu-dresden.de

Originalpublikation:

Nature Communications: “Glia-neuron interactions underlie state transitions to generalized seizures”, Autoren: Carmen Diaz Verdugo, Sverre Myren-Svelstad, Ecem Aydin, Evelien van Hoeymissen, Celine Deneubourg, Silke Vanderhaeghe, Julie Vancraeynest, Robbrecht Pilgrims, Mehmet Ilyas Cosacak, Akira Muto, Caghan Kizil, Koichi Kawakami, Nathalie Jurisch-Yaksi and Emre Yaksi.

Weitere Informationen:

http://www.crt-dresden.de/research/research-groups/core-groups/crtd-core-groups/...

Kim-Astrid Magister | Technische Universität Dresden

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