Wie Gehirnzellen für schnelle Reizleitung getunt sind

Im Gehirn müssen Korbzellen rasch eingehende Signale modulieren, durch ihren Nervenfortsatz leiten und weitergeben, obwohl ihnen dazu ein starker Durchmesser und die geeignete Isolierung fehlen. Sie machen diese Handicaps aber mit überdimensional vielen Natriumionen-Kanälen wett, berichten Forscher des Institute of Science and Technology (IST) Austria aktuell im Fachblatt "Nature Neuroscience".

Kontrolle

Korbzellen wandeln anregende Signale, die sie an ihrem Eingang empfangen, in Sekundenbruchteilen in hemmende Signale um, um sie an den Enden ihrer Nervenfortsätze (Axonen) an andere Nervenzellen weiterzugeben. Sie haben eine wichtige Kontrollfunktion im Netzwerk und können die Rhythmik für bestimmte Gehirnwellen (Gamma-Wellen) erzeugen, erklärte Peter Jonas, der Leiter der Studie, im Gespräch mit der APA. "Haben sie zum Beispiel bei Epilepsie eine Fehlfunktion, kommt es zu einer überschießenden Anregung und damit zu einer Entgleisung der Funktion des Netzwerks", sagte er.

Für solche Aufgaben sei es sehr wichtig, dass die einzelnen Zellen Signale schnell verarbeiten, so Jonas. Doch weder für den dafür notwendigen Durchmesser noch für isolierende Markscheiden sei in den dicht gepackten Gehirnstrukturen Platz, außerdem bräuchten die Zellen freie Oberflächen, um die Signale weiterzugeben, und auch hier wäre eine Isolierung bloß hinderlich.

Wichtige Natriumionen-Kanäle

Gemeinsam mit seinem Kollegen Hua Hu entdeckte er, dass eine besondere Verteilung von Natriumionen-Kanälen dafür verantwortlich ist, dass die Korbzellen Signale dennoch mit hoher Geschwindigkeit übertragen. Diese Kanäle sind in Nervenzellen notwendig, um einen Reiz als elektrisches Aktionspotenzial von einem Ende zum anderen zu leiten.

Wo die Korbzellen das Eingangssignal bekommen (Dendriten), seien nur wenige solcher Natriumionen-Kanäle vorhanden, sie steigen aber am Anfang der Axone sprunghaft an und nehmen bis zu deren Enden, wo das Signal weitergegeben wird, weiter zu, so Jonas. Insgesamt hätten diese Zellen überdurchschnittlich viele Natriumionen-Kanäle.

Mit Computersimulationen konnten die Forscher berechnen, dass die Natriumionen-Kanäle für die Geschwindigkeit der Leitung, aber nicht für die Verlässlichkeit der Signalübertragung notwendig sind. Dies konnten sie schließlich auch in einem Experiment bestätigen. Blockierten sie dabei einen Teil der Kanäle mit einem Giftstoff namens Tetrodotoxin, wurde das elektrische Signal in den Korbzellen langsamer.