“Kitt” hilft beim Lernen

Mittwoch, 13. Januar 2010, 19:00 • Rubrik Biologie, Medizin.

Lernen und Erinnern sind keine Sache allein der Nervenzellen. Neue Belege für diese Ansicht präsentieren englische und französische Neurowissenschaftler im Magazin “Nature”. Ein im Gehirn häufiger und vermeintlich stummer Zelltyp beeinflusst demnach, wie gut Signale von einer Nervenzelle auf eine andere überspringen.

Grafik: NIH-National Institute on Aging

Das gilt insbesondere für das Phänomen, dass die wiederholte Reizung einer Nervenzelle ihre Kontakte zu nachgeschalteten Nervenzellen dauerhaft verbessert, fanden Christian Henneberger vom University College London und seine Kollegen. Diese Langzeitpotenzierung gilt als ein möglicher Mechanismus für das Lernen. Ohne Hilfe durch die Astrozyten kommt sie jedoch nicht zustande, beobachteten die Forscher.

Astrozyten stellen etwa 90 Prozent der Gehirnzellen und wurden früher als eine Art Kitt angesehen, der die eigentlichen Nervenzellen lediglich stützt und ihre Nährstoffversorgung gewährleistet. Jede der sternförmigen Zellen besetzt mit ihren langen Zellfortsätzen ein exklusives Gebiet im Hirngewebe. In diesem Hoheitsgebiet könnte sie die Kontrolle über einige Hundert Nervenzell-Synapsen haben.

Henneberger und Kollegen studierten an Gewebe aus dem Hippocampus von Ratten, ob und wie Astrozyten die Langzeitpotenzierung beeinflussen. Die Forscher stachen hauchdünne Glasröhrchen in einzelne Astrozyten und verabreichten ihnen dadurch Substanzen, die das Auslösen eines innerzellulären Calcium-Pulses als Aktivierungssignal verhindern. Reizten sie nun benachbarte Nervenzellen mit einer raschen Folge feiner Stromstöße, blieb die übliche Langzeitpotenzierung an deren Synapsen aus. Der Effekt war auf das Hoheitsgebiet des “betäubten” Astrozyts beschränkt. An Synapsen im Abstand von etwa 0,2 Millimetern war die Potenzierung dagegen weiterhin auslösbar.

Weitere Experimente bekräftigten die Vermutung, dass die Astrozyten ihren Einfluss in Form einer ungewöhnlichen Aminosäure ausüben. Dieses D-Serin ist das Spiegelbild des “normalen” L-Serins als Baustein von Proteinen. Das Molekül bindet an Rezeptoren auf den Nervenzellen und macht sie besonders sensibel für Neurotransmitter im synaptischen Spalt. Unterdrückten die Forscher die Ausschüttung von D-Serin durch aktivierte Astrozyten, wurde die Langzeitpotenzierung ebenfalls gehemmt.

Forschung: Christian Henneberger und Dmitri A. Rusakov, Institute of Neurology, University College London; Thomas Papouin und Stéphane H. R. Oliet, INSERM U682, Université de Bordeaux

Veröffentlichung Nature, Vol. 463, pp 232-6, DOI 10.1038/nature08673

WWW:
Laboratory of Synaptic Imaging, Dmitri Rusakov
Learning, Memory, and Long-Term Potentiation
Astrocytes in the Hippocampus

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