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Cholesterin lässt Nervenzellen Kontakte knüpfen

Möglicherweise neue Perspektiven für künftige Behandlung von Hirnverletzungen und Hirnfunktionsstörungen

Cholesterin ist einer der Faktoren, der dafür sorgt, dass Nervenzellen (Neurone) miteinander in Kontakt kommen und elektrische Signale austauschen. Diese Entdeckung, die für die Funktion des Nervensystems von entscheidender Bedeutung ist, haben Wissenschaftler des Max-Delbrück-Centrums für Molekulare Medizin (MDC) in Berlin-Buch mit einer gemeinsamen Nachwuchsgruppe der Max-Planck-Gesellschaft (MPG) und des Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) am Centre de Neurochimie in Strasbourg/Frankreich gemacht. Die  Forschungsergebnisse der Neurobiologen Daniela Mauch und Dr. Frank Pfrieger hat jetzt das renommierte amerikanische Wissenschaftsmagazin Science* (Vol. 294, Nr. 5545, pp. 1354-1357) veröffentlicht. Cholesterin wird von Gliazellen gebildet, die  einen Großteil des Hirngewebes ausmachen und seine Entwicklung und Funktion in vielfältiger Weise unterstützen. Die Ergebnisse der Forscher werfen ein völlig neues Licht auf die Rolle von Cholesterin. Sie deuten darauf hin, dass der Cholesterin-Stoffwechsel im Zentralnervensystem (ZNS) die Gehirnentwicklung sowie dessen Lern- und Erinnerungsfähigkeit beeinflusst. Sie liefern auch neue Ansatzpunkte für die neurobiologische Forschung und für die Entwicklung von Strategien zum Beispiel zur Behandlung von Rückenmarksverletzungen oder krankheitsbedingten Störungen der Hirnfunktion, wie etwa der Alzheimer Krankheit.

Die Funktion des Nervensystems beruht auf dem Austausch
elektrischer Signale zwischen Nervenzellen, der über hochspezialisierte
Kontaktstellen, so genannte Synapsen, vermittelt wird. Der Aufbau synaptischer
Verbindungen ist daher ein entscheidender Schritt während der Entwicklung des
Nervensystems im heranwachsenden Organismus. Er spielt zudem eine wichtige
Rolle bei Lernvorgängen und bei der Gedächtnisbildung. Bisher lagen die
Mechanismen dieses grundlegenden biologischen Vorgangs weitgehend im Dunkeln.

Einen ersten Hinweis auf die Existenz eines Faktors, der
die Synapsenbildung fördert, hatte Dr. Pfrieger vor einigen Jahren zusammen mit
Prof. Ben  Barres an der Stanford
Universität in Palo Alto in den USA erhalten. Die Forscher untersuchten, ob
Neurone allein Kontakte knüpfen können oder ob sie dafür die Hilfe von
Gliazellen benötigen. Sie fanden heraus, dass isolierte Nervenzellen in
Kulturschalen ohne Gliazellen zwar überleben und auswachsen, aber nur wenige
von Synapsen erzeugte elektrische Signale zeigen. Die Zugabe eines von
Gliazellen freigesetzten, jedoch noch nicht identifizierten Faktors, führte
hingegen zu einer starken Erhöhung der synaptischen Aktivität. Diese Ergebnisse
deuteten erstmals darauf hin, dass Gliazellen eine Rolle bei der
Synapsenbildung spielen könnten. Vor einigen Monaten konnten die beiden
Forscher unabhängig voneinander - Dr. Pfrieger leitete inzwischen eine eigene Forschungsgruppe
am MDC - zeigen, dass der Faktor aus Gliazellen tatsächlich die Synapsenbildung
stark fördert. Mit Hilfe proteinbiochemischer Methoden gelang es Dr. Pfrieger
und seinen Mitarbeitern jetzt, diesen Gliazellfaktor als Cholesterin zu
identifizieren.

Cholesterin ist ein essentieller Baustein jener dünnen
Fettschicht, welche jede Zelle des Körpers umhüllt. Möglicherweise bestimmt die
Verfügbarkeit von Cholesterin im Gehirn das Ausmaß der Synapsenbildung. Das
würde bedeuten, dass Störungen im Cholesterinstoffwechsel die Entwicklung und
bestimmte Funktionen des Gehirns beeinträchtigen könnten. Nervenzellen scheinen
selbst genügend Cholesterin zu produzieren, um zu überleben und zu wachsen,
aber zu wenig, um eine ausreichende Zahl synaptischer Kontakte zu knüpfen. Sie
sind daher auf die externe Versorgung mit diesem Molekül angewiesen. Das Gehirn
kann - im Gegensatz zu allen anderen Organen - den im Blut enthaltenen Vorrat
nicht nutzen, da die so genannten Lipoproteine, welche den Transport von Cholesterin
und anderen fettlöslichen Stoffen vermitteln, zu groß sind, um die Blut-Hirn
Schranke zu passieren. Daher muss es seinen Bedarf an Cholesterin selbst
decken. Den neuen Ergebnissen zufolge produzieren Gliazellen Cholesterin im
Überschuss und beliefern Nervenzellen mit den für die Synapsenbildung
benötigten Mengen. Dieser Zusammenhang würde auf eine völlig neue Rolle der
Gliazellen verweisen.

Noch ist jedoch unklar, wie Cholesterin die Synapsenbildung
fördert. Dient es als Baustoff für synaptische Komponenten oder wirkt es als
Signal, welches bestimmte zelluläre Prozesse in Gang setzt? Weiter stellt sich
die Frage, ob Veränderungen des Cholesteringehalts im Gehirn die geistige
Entwicklung, die Lernfähigkeit oder die Gedächtnisleistung beeinflussen? Zudem
ist bekannt, dass strukturelle Veränderungen im so genannten Apolipoprotein E,
einem wichtigen Bestandteil von Lipoproteinen, das Risiko erhöhen, an einer
altersbedingten Form von Alzheimer zu erkranken. Geht dies auf eine
Unterversorgung der Nervenzellen mit Cholesterin und somit einer verminderten
Erneuerung von Synapsen zurück? Diesen Fragen wird Dr. Pfrieger in
Zusammenarbeit mit anderen Forschungsgruppen jetzt nachgehen.

CNS Synaptogenesis Promoted by Glia-Derived
Cholesterol

Daniela H. Mauch1, Karl Nägler1,3,
Stefan Schumacher4, Christian Göritz1,3, Eva-Christina
Müller2, Albrecht Otto2, Frank W. Pfrieger1,3.

1AG Synapsen und 2AG
Proteinchemie, MDC für Molekulare Medizin, D-13092 Berlin. 3Max-Planck/CNRS
Gruppe, UPR 2356, Centre de Neurochimie, F-67084 Strasbourg, France. 4Institut
für Zellbiochemie und Klinische Neurobiologie, Universität Hamburg, D-20246
Hamburg.

Barbara Bachtler
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Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) Berlin-Buch
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Dr. Frank W. Pfrieger
Max-Planck/CNRS Group
UPR2356, Centre de Neurochimie
5, rue Blaise Pascal
F-67084 Strasbourg, France
Tel:  00 33/3-88-45 66 45
Fax: 00 33/3-88-60 16 64
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pfrieger@neurochem.u-strasbg.fr