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Medizin

06. April 2017 Plastizität: Peptid vermittelt das Lernen

Um sich an veränderte Umweltbedingungen anzupassen, produziert das Gehirn auch im Erwachsenenalter neue Nervenzellen. Diese jungen Neuronen sind zentral für die Gedächtnisbildung und das Lernen. Wissenschaftler aus dem Deutschen Krebsforschungszentrum und dem Universitätsklinikum Heidelberg haben nun an Mäusen entdeckt, dass ein kleines Peptid dabei die Vermittlerrolle spielt. In Reaktion auf einen äußeren Reiz wie etwa eine abwechslungsreiche Umgebung steigert das Vermittler-Peptid die Vermehrung von Nerven-Stammzellen und Nerven-Vorläuferzellen.
Die Fähigkeit des Gehirns, auf Veränderungen zu reagieren und sich diesen anzupassen, bezeichnen Wissenschaftler als Plastizität. Diese Fähigkeit ist die Grundlage aller Lernprozesse. Einen wesentlichen Beitrag dazu leisten neue Nervenzellen, die auch beim Erwachsenen in bestimmten Bereichen des Gehirns entstehen können.
 
Abb. 1: Bildung neuer Nervenzellen im Hippocampus der Maus. DBI (Diazepam binding inhibitor) ist rot gefärbt, die beiden Stammzellmarker Nestin und SOX2 sind grün und cyanblau markiert.
Abb. 1: Bildung neuer Nervenzellen im Hippocampus der Maus. DBI (Diazepam binding inhibitor) ist rot gefärbt, die beiden Stammzellmarker Nestin und SOX2 sind grün und cyanblau markiert.

„Wir wussten aber bisher nicht, über welche molekularen Prozesse veränderte Umweltbedingungen in die Produktion neuer Nervenzellen übersetzt werden“, erklärt Hannah Monyer, Leiterin der Kooperationsabteilung Klinische Neurobiologie des Deutschen Krebsforschungszentrums und des Universitätsklinikums Heidelberg. „Mit unserer aktuellen Arbeit haben wir erstmals einen wichtigen Vermittler in diesem Prozess gefunden.“

Monyer und ihr Team zeigten mit ihrer aktuellen Arbeit, dass das kleine Peptid DBI der entscheidende Vermittler ist. Der Name DBI steht für Diazepam binding inhibitor: Das Peptid wurde zunächst entdeckt, weil es an den Rezeptor für den Hirnbotenstoff GABA bindet und dort das Medikament Diazepam (Valium) verdrängt.

Bereits vor kurzem hatten Monyer und ihre Kollegen publiziert, dass DBI in der so genannten subventrikulären Zone des Gehirns die Nerven-Neubildung ankurbelt. Dieses Gehirnareal ist zuständig für den Nerven-Nachschub im Riechsystem, das bei Nagetieren extrem fein ausgebildet ist. In ihrer aktuellen Arbeit zeigt die Heidelberger Neuroforscherin, dass DBI dieselbe Funktion auch im Hippocampus ausübt – also in derjenigen Region im Gehirn, in der die Gedächtnisbildung und das Lernen verortet sind.

Neue Nervenzellen, die im Hippocampus entstehen, verbessern die Orientierung und das Lernvermögen der Tiere. Zahlreiche Forschungsarbeiten haben bereits belegt, dass körperliche Aktivität oder aber eine abwechslungsreiche Gestaltung ihrer Umgebung bei Mäusen die Nerven-Neubildung im Hippocampus anregen.

Mit verschiedenen genetischen Methoden schalteten die Forscher um Monyer nun das DBI-Gen gezielt in dieser Gehirnregion der Mäuse aus oder aber kurbelten es besonders an. Ohne DBI ging im Hippocampus die Zahl an Nerven-Stammzellen zurück. Eine Überversorgung mit dem Peptid bewirkte das Gegenteil, die Wissenschaftler fanden mehr Nerven-Stammzellen und Vorläuferzellen.

Die Ausstattung der Käfige mit Spielzeug ist eine etablierte Methode, um bei Nagern die Bildung neuer Nervenzellen im Hippocampus anzuregen. Doch bei Mäusen, deren DBI-Gen im Hippocampus mit molekularbiologischen Tricks ausgeschaltet war, konnte die anregende Umgebung nichts ausrichten: Die Zahl der Nerven-Stammzellen ließ sich nicht steigern.

DBI übt seine Wirkung aus, indem es in den Nerven-Stammzellen an den Rezeptor für den Hirnbotenstoff GABA bindet und dadurch als molekularer Gegenspieler des Neurotransmitters wirkt. „GABA sorgt dafür, dass die Stammzellen in ihrer Nische ruhig schlafen, ohne sich zu teilen. Kommt DBI ins Spiel, vermehren sie sich und vergrößern dadurch den Stammzell-Pool, der als Reservoir für junge Nervenzellen zur Verfügung steht“, erklärt Ionut Dumitru, der Erstautor der Arbeit. „Wir haben offensichtlich mit DBI den zentralen Vermittler gefunden: Das Peptid dämpft die Wirkung von GABA und koppelt dadurch die Umweltreize mit der Produktion der zum Lernen notwendigen neuen Nervenzellen.“

Quelle: Deutsches Krebsforschungszentrum

Literatur:

Ionut Dumitru, Angela Neitz, Julieta Alfonso und Hannah Monyer: Diazepam Binding Inhibitor Promotes Stem Cell Expansion Controlling Environment-Dependent Neurogenesis. Neuron 2017, DOI: 10.1016/j.neuron.2017.03.003


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