Epilepsie: Signal-"Bremse" im Hirn gestört

Bislang hat sich die Epilepsie-Forschung vor allem auf die Übertragung der Nervenzell-Signale an den so genannten Synapsen konzentriert. Neue Beobachtungen von Medizinern aus den USA, Frankreich und der Universität Bonn sprechen jedoch dafür, dass bei der „Fallsucht“ auch die Signalverarbeitung in den Nervenzellen (Neuronen) verändert ist: Normalerweise dämpfen bestimmte Ionenkanäle die neuronale Aktivität. Bei epilepsiekranken Ratten ist diese Signal-Bremse jedoch gestört: Sie verfügen über viel weniger funktionsfähige Ionenkanäle als gesunde Artgenossen. Die Ergebnisse erscheinen in der aktuellen Ausgabe des renommierten Wissenschaftsmagazins „Science“ (23. Juli, Vol. 305, Nr. 5683). Sie lassen auch auf neue Therapieansätze hoffen.

Epilepsie ist eine der häufigsten neurologischen Erkrankungen: Allein in Deutschland sind es 600.000 Menschen, deren Nervenzellen im Gehirn hin und wieder von gesundem Durcheinander auf Gleichtakt umschalten. Folge der unkontrollierten Massenentladung der Neuronen sind immer wieder auftretende Krampfanfälle, die das Leben der Betroffenen schwer beeinträchtigen. Wie diese synchronisierte Anfallsaktivität auf der Ebene von Nervenzellen entsteht, ist jedoch noch weitgehend unbekannt.

Nervenzellen sind über zahlreiche Verästelungen vernetzt, durch die sie untereinander kommunizieren. Jedes Neuron verfügt über eine Reihe von Dendriten, die an den so genannten Synapsen Signale von anderen Neuronen empfangen. Die Zelle „verrechnet“ diese Eingangssignale wie eine Art biologischer Mikroprozessor und sendet als Ergebnis elektrische Pulse über einen speziellen Fortsatz, das Axon, an die Dendriten anderer Neurone. Viele Epilepsieforscher nahmen bislang an, dass bei der Erkrankung diese Kommunikation zwischen den Zellen nicht richtig funktioniert, weil die Übertragung der Signale an den Synapsen gestört ist. Die Bonner Wissenschaftler Dr. Albert Becker und Professor Dr. Heinz Beck stellten nun aber zusammen mit US-Kollegen und einer Arbeitsgruppe aus Marseille bei epilepsiekranken Ratten fest, dass zusätzlich zu den Synapsen auch die Signalverrechnung in den Neuronen selbst verändert ist.

Die Nervenzellen sind von einer Zellmembran umgeben. Doch diese Membran ist nicht undurchlässig: Verschiedenartige spezialisierte Poren sorgen dafür, dass bestimmte geladene Teilchen, die Ionen, die Membran passieren können. Manche dieser Ionenkanäle sind permanent geöffnet, andere lassen „ihre“ Ionen nur bei Bedarf durch oder „pumpen“ sie sogar unter Energieaufwand gegen ein Konzentrationsgefälle. Eine wichtige Ionenpore ist der Kv4.2-Kanal, der für positiv geladene Kalium-Ionen durchlässig ist. Dieser Kanal befindet sich vorwiegend an den Signaleingängen eines Neurons, den so genannten Dendriten, und hat dort eine wichtige Funktion: Er dämpft eingehende erregende Signale von anderen Nervenzellen. Sie „versickern“ gewissermaßen durch die vielen kleinen „Kalium-Lecks“; bei ihrer Reise durch die Dendriten verflachen die Pulse daher mehr und mehr.

„In Ratten mit einer so genannten Temporallappen-Epilepsie verfügen bestimmte Dendriten über weit weniger funktionsfähige Kv4.2-Kanäle als bei gesunden Tieren“, erklärt Professor Beck, der an der Bonner Universität die Stiftungsprofessur für Experimentelle Epileptologie der Firmen UCB und Pfizer inne hat. Und zwar aus zwei Gründen, wie die Forscher feststellen konnten: Einerseits werden die Gene für die Kaliumschleuse seltener abgelesen, so dass die Zellen weniger Kv4.2-Kanäle herstellen. Andererseits verändert ein bestimmtes Enzym, die so genannte ER-Kinase (Extracellular signal-Regulated Kinase, ERK), die vorhandenen Kanäle chemisch so, dass sie nicht mehr funktionieren. Folge: „Da die Eingangssignale an den Dendriten weitgehend ungedämpft zum Neuron gelangen, reagieren die Versuchstiere wahrscheinlich viel häufiger als gesunde Ratten mit einem Impuls an ihrem Signalausgang, dem Axon“, so Professor Beck. Die Nervenimpulse können sich daher ungehinderter fortpflanzen; die mangelnde Signaldämpfung kann so eventuell zur erhöhten Erregbarkeit der Neurone bei chronischer Epilepsie entscheidend beitragen.

Wenn die Mediziner die ERK mit spezifischen Wirkstoffen hemmten, normalisierte sich die Signalantwort der Nervenzellen weit gehend. Die Ergebnisse lassen daher auch neue Therapieansätze möglich erscheinen. „Zwar hat die ERK so viele Aufgaben, dass eine direkte Hemmung vermutlich Nebenwirkungen hätte“, sagt der Epilepsie-Forscher Heinz Beck. „Man könnte jedoch versuchen, die Kv4.2-Kanäle vor dem Angriff der ERK zu schützen – oder die chemischen Veränderungen an den Kanälen wieder rückgängig zu machen.“ Die Arbeiten wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt.

Ansprechpartner:

Professor Dr. Heinz Beck
Labor für Experimentelle Epileptologie und Kognitionsforschung
Klinik für Epileptologie der Universität Bonn
Telefon: 0228/287-9109
E-Mail: heinz.beck@ukb.uni-bonn.de