Einführung
Die Forschung über die Bildung neuer Nervenzellen im erwachsenen Gehirn, die sogenannte adulte Neurogenese, hat in den letzten Jahren bedeutende Fortschritte gemacht. Lange Zeit galt es als Dogma, dass das Gehirn nach der frühen Kindheit keine neuen Neuronen mehr produziert. Doch neuere Erkenntnisse haben gezeigt, dass in bestimmten Hirnbereichen auch im Erwachsenenalter noch Nervenzellen entstehen können. Diese Entdeckung hat das Verständnis der Hirnplastizität erweitert und neue Wege für die Behandlung neurologischer Erkrankungen eröffnet.
Neuronale Stammzellnischen als Ursprungsort der Neurogenese
Neurale Stammzellen, die Quelle neuer Nervenzellen im erwachsenen Gehirn, sind nicht gleichmäßig über das gesamte Gehirn verteilt. Sie kommen nur in wenigen, spezifischen Bereichen vor, den sogenannten Stammzellnischen. Diese Nischen bieten eine besondere Umgebung, die es den Stammzellen ermöglicht, sich zu teilen und zu neuen Neuronen zu differenzieren.
Das Proteom der Stammzellnischen
Um zu verstehen, was die neuronalen Stammzellnischen so besonders macht, haben Forscher das Proteom dieser Nischen entschlüsselt. Das Proteom umfasst die gesamte Menge der in einer Zelle oder einem Gewebe vorhandenen Proteine. Durch den Vergleich des Proteoms von Stammzellnischen mit dem anderer Hirnregionen konnten wichtige Regulatoren der Neurogenese identifiziert werden.
Eine Studie von Magdalena Götz und ihrem Team untersuchte das Proteom der größten Stammzellnische des Gehirns in der subependymalen Zone sowie des Riechkolbens, in den neugebildete Nervenzellen wandern. Diese Proteome wurden mit dem der Großhirnrinde verglichen, in der keine Neurogenese stattfindet. Dabei wurde festgestellt, dass das Proteom der neurogenen Nische eine nischenspezifische extrazelluläre Matrixarchitektur besitzt. Besonders charakteristisch ist die hohe Löslichkeit der extrazellulären Matrix, wohingegen andere Proteine, wie die des multifunktionalen Enzyms Transglutaminase 2, schwer löslich, also stark vernetzt sind. Es konnte gezeigt werden, dass Transglutaminase 2 eine entscheidende Rolle in der Regulierung der Neurogenese spielt.
Unterschiede zwischen neurogenen und nicht-neurogenen Hirnregionen
Das Wissen über die Unterschiede im Proteom von neurogenen und nicht-neurogenen Hirnregionen ist von großer Bedeutung. Es könnte dabei helfen, Wege zu finden, um eine nicht-neurogene Region künftig mit der Fähigkeit zur Neurogenese auszustatten. Ebenso wichtig ist es, eine gute Umgebung für die Integration neuer Nervenzellen in der Großhirnrinde für eine Zellersatztherapie zu generieren, indem man Faktoren aus dem Riechkolben, wo ständig neue Nervenzellen integriert werden, aktiviert.
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Die Rolle von TOR-Signalen
Ein weiteres Forschungsteam unter der Leitung von Ana Martin-Villalba vom DKFZ verfolgte die Stammzellen auf ihrem Entwicklungsweg zu Neuronen. Dabei fanden sie heraus, dass Stammzellen das als „TOR“ bezeichnete innere Signal zurückfahren, um den Entwicklungsweg zu einem Neuron zu starten. Interessanterweise reisen Stammzellen immer mit einem „Rückflugticket“. Durch Ein- oder Ausschalten von TOR können die Zellen sich vom Stammzellstadium zum Neuron oder wieder zurück entwickeln. Wenn Stammzellen ihr TOR-Signal nicht richtig kontrollieren können, treten sie immer wieder die Rückreise an in Richtung Stammzellen, was langfristig die Gefahr von Hirntumoren birgt.
Regulation der adulten Neurogenese
Die adulte Neurogenese ist ein komplexer Prozess, der von verschiedenen Faktoren reguliert wird. Dazu gehören:
- Extrazelluläre Matrix: Die Zusammensetzung und Struktur der extrazellulären Matrix in den Stammzellnischen spielt eine entscheidende Rolle für die Neurogenese.
- Genetische Faktoren: Verschiedene Gene beeinflussen die Teilungsaktivität, das Überleben und die Differenzierung der Stammzellen.
- Umweltfaktoren: Eine reizreiche Umgebung, körperliche Aktivität und soziale Interaktion können die Neurogenese im Hippocampus steigern.
Der Einfluss von Bewegung und Anreizen
Ein Experiment mit Mäusen, die in einem Hamsterrad liefen, zeigte, dass Bewegung die Stammzellen im Gehirn aktiviert und die Bildung neuer Nervenzellen in großer Zahl anregt. Auch soziale Interaktion und Lernen können die Neurogenese fördern.
Lamin B1 und altersbedingter Verlust der Neurogenese
Eine Studie am DZNE-Standort Dresden untersuchte die Rolle des Kernmembranproteins "lamin B1" bei der Neurogenese. Dabei wurde festgestellt, dass lamin B1 in den Stammzellen junger Mäuse reichlich vorhanden ist. Im alternden Gehirn nimmt die Menge an lamin B1 jedoch ab, was mit einem Rückgang der Neurogenese einhergeht.
Die Bedeutung der adulten Neurogenese für Lern- und Gedächtnisprozesse
Die im Hippocampus entstehenden neuen Nervenzellen werden innerhalb weniger Wochen vollständig in das neuronale Netzwerk integriert. Bisherige Untersuchungen deuten darauf hin, dass sie eine wichtige Rolle bei der räumlichen Orientierung und der Mustererkennung spielen. Es wird vermutet, dass sie zur Aufrechterhaltung kognitiver Flexibilität beitragen, also der Integration neuer Gedächtnisinhalte mit bereits bestehenden, ohne Zerstörung dieser.
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Therapeutische Perspektiven
Die Erkenntnisse über die adulte Neurogenese haben neue Möglichkeiten für die Behandlung neurologischer Erkrankungen eröffnet, die mit Zellverlusten einhergehen, wie z.B. Demenz oder Schlaganfall.
Stimulation der Neurogenese "vor Ort"
Ein Forschungsansatz zielt darauf ab, die adulte Neurogenese gezielt zu stimulieren, um Zellersatz quasi „vor Ort“ herzustellen. Neurologische Erkrankungen, die mit Zellverlusten einhergehen, ließen sich möglicherweise heilen - auch ohne Transplantation von Ersatzgewebe.
Proneurogene Medikamente
Es gibt viel Forschung dazu, solche proneurogenen Medikamente zu finden. Das ist aber Zukunftsmusik, und wie wir gesehen haben, auch gar nicht so unproblematisch.
Förderung endogener Resilienzmechanismen
Entscheidend ist, wie wir den Hippocampus - diese zentrale Schaltstelle im Gehirn - für ein langes Leben fit halten können. Das ist ganz klassische Prävention: Es geht darum, schon frühzeitig das Leben so zu führen, dass man mögliche Probleme kompensieren kann.
Überwindung von Hürden im Narbengewebe
Da das Gewebe in verletzen Gehirnregionen jedoch einen veränderten Phänotyp aufweist, könnte dies die Neurogenese verhindern: „Einer unserer Kollegen an der University of Cambridge fand heraus, dass das Narbengewebe im Gehirn besonders weich ist - eine ungünstige Umgebung für die Neurogenese. Diese Hürde müssen wir überwinden. Wir müssen eine Umgebung schaffen, die für die Reparatur verletzter Hirnregionen geeignet ist.
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