Verschiedene Nervenzelltypen gestalten die Sinfonie unseres Bewusstseins. Gerät dieses System aus dem Takt, können Krankheiten entstehen. Forscher gewannen neue Erkenntnisse zur Epilepsie und zeigten, weshalb es zu unterschiedlichen Symptomen der Erkrankung kommen kann.
Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht der sogenannte Glycinrezeptor. Er ist als hemmender Neurotransmitter-Rezeptor aus früheren Studien der Rückenmarkforschung bekannt. Vor einigen Jahren konnte die Forschergruppe des Neurobiologen Prof. Jochen Meier vom Max-Delbrück-Centrum (MDC) zeigen, dass dieser Rezeptor bei Patienten mit therapieresistenter Temporallappenepilepsie, einer der häufigsten Formen der Epilepsie, molekular verändert ist. Der veränderte Rezeptor kommt verstärkt im Hippocampus vor, einer Region im Gehirn, die bei den meisten Patienten im späteren Krankheitsverlauf Anfälle auslöst. Prof. Meier, der am MDC eine Helmholtz-Nachwuchsgruppe leitet, erklärt, dass Epilepsie nicht ausschließlich vererbt wird, also nicht unbedingt genetisch bedingt sein muss. Tatsächlich weist eine Vielzahl neuerer Forschungsdaten darauf hin, dass verschiedene Umweltfaktoren, einschließlich chronischem Stress, epileptische Anfälle auslösen können. Möglicherweise ändern dabei molekulare und zelluläre Mechanismen die Anpassungsfähigkeit (Plastizität) von Nervenzellen derart, dass das betroffene Gewebe nicht mehr in der Lage ist, den Normalzustand wieder herzustellen, wodurch sich die chronische Krankheit Epilepsie ausprägen kann. Das mag auch ein Grund dafür sein, dass diese Erkrankung von Patient zu Patient unterschiedlich verläuft. Die molekulare Veränderung des Glycinrezeptors im geschädigten Gewebe von Epilepsiepatienten kommt durch einen Prozess zustande, den die Forschung als „RNA-Editierung“ bezeichnet. Dabei werden beim Umschreiben der in den Genen enthaltenen DNA-Textbausteine in RNA einzelne Buchstaben durch andere ersetzt. Verantwortlich für diese Textveränderung (Editieren/Redigieren) sind Enzyme. Das Ergebnis ist, dass der in DNA verfasste Ursprungstext nicht mehr deckungsgleich mit der RNA ist, der Sprache, die den Code für die Textbausteine der Proteine enthält. Das Protein, in diesem Fall der Glycinrezeptor, wird so verändert, dass er einen Funktionszugewinn erfährt, also wesentlich effektiver arbeitet als sein nicht-editiertes Pendant.
Um herauszufinden, was dieser veränderte Glycinrezeptor an welchen Nervenzellen bewirkt, haben Dr. Aline Winkelmann und Prof. Meier zusammen mit Kollegen aus Israel und verschiedenen deutschen Universitäten ein neues Tiermodell der Epilepsie entwickelt. Damit konnten sie diesen Rezeptor gezielt in ausgewählten Nervenzelltypen des Hippocampus anschalten und untersuchen, wie er sich auf kognitive Fähigkeiten und Gemütszustände auswirkt. Sie fanden heraus, dass der durch RNA-Editierung veränderte Rezeptor an den Präsynapsen, also den synaptischen Endknöpfchen, die elektrische Impulse durch die Freisetzung eines Neurotransmitters an andere Nervenzellen weitergeben, gebildet wird. Dadurch verstärkte sich die Funktion der ausgewählten Nervenzelltypen, wodurch das ganze System der neuronalen Kommunikation aus dem Gleichgewicht geriet. Je nachdem, ob erregend oder hemmend wirkende Nervenzellen den Rezeptor anschalteten, waren die Mäuse in ihren kognitiven Fähigkeiten einschließlich Gedächtnisbildung eingeschränkt oder zeigten vermehrt Angstzustände. Nervenzellen, die den veränderten Glycinrezeptor herstellen, haben einen zusätzlichen Genabschnitt eingeschleust bekommen, der für ein Fluoreszenzprotein kodiert und sie aufleuchten lässt (lila). Abbildung: Jochen Meier/ © MDC
„Unser neues Tiermodell legt nahe, dass dasselbe Molekül zu den vielseitigen Symptomen – kognitive Dysfunktion (Beeinträchtigung der Hirnleistung) oder Angst – von Epilepsiepatienten beitragen kann, je nachdem in welchem Nervenzelltyp es vorkommt“, erläutert Prof. Meier. Er und seine Kollegen haben damit einen Krankheitsmechanismus aufgedeckt, von dem sie hoffen, dass er neue Wege für die Entwicklung gezielter Therapien für Epilepsiepatienten eröffnet. „Wir müssen jedoch auch noch den Dirigenten der verstimmten molekularen Komponenten des zellulären Orchesters ausfindig machen, der den veränderten Rezeptor bei Epilepsiepatienten anschaltet und damit die Krankheitssymptome letztlich verursacht“, betont Prof. Meier. Originalpublikation: Changes in neural network homeostasis trigger neuropsychiatric symptoms Aline Winkelmann et al.; J Clin Invest., doi: 10.1172/JCI71472; 2014
