Question to the brain
Warum wächst der Sehnerv beim Goldfisch nach, bei uns nicht?
Published: 19.01.2015
Ich habe gelesen, dass beim Goldfisch der Sehnerv nachwachsen kann. Warum klappt das beim Goldfisch, aber nicht beim Menschen?
The editor's reply is:
Antwort von Prof. Claudia Stürmer, Universität Konstanz:
Diese Frage beschäftigt mich im Grund genommen schon seit 1975 – seit meiner Diplomarbeit. Damals durchtrennte ich zusammen mit Kollegen beim Goldfisch Sehnerven, um zu untersuchen wie die Axone, die Nervenzellfortsätze, wieder wachsen und den richtigen Nervenzellverbund im Sehzentrum des Gehirns finden. Gleichzeitig stellte sich aber auch die Frage: Warum wachsen die Axone überhaupt? Und warum bei Säugetieren wie dem Menschen nicht? Dafür hat man seither verschiedene zellbiologische Ursachen gefunden, und wir entdecken auch heute noch immer mehr Details. Zwar forscht man mittlerweile vorwiegend mit Zebrafischen, aber das Prinzip ist das gleiche wie beim Goldfisch.
Einen der ersten entscheidenden Hinweise fanden Kollegen in den Nervenzellen der Netzhaut. Sie sind die Ursprungszellen, von denen aus sich die Axone des Sehnervs ins Gehirn erstrecken. Durchtrennt man den Sehnerv, vergrößern sich diese Zellen beim Fisch und kurbeln die Produktion von speziellen Proteinen an, die sie für das Wachstum der Axone benötigen.
Bei Säugetieren passiert das nicht oder nur in sehr geringem Umfang. Bei diesen wird das Axonwachstum sogar noch zusätzlich unterdrückt. Die Gliazellen, die das Nervengewebe umgeben, schütten hemmende Substanzen aus. Einen Hemmstoff, dem eine besonders wichtige Rolle zukommt, hat Martin Schwab von der Universität und der ETH Zürich, Nogo getauft. Blockiert man Nogo mit Hilfe von Antikörpern, findet auch bei Säugern in geringem Umfang Axonwachstum statt.
Auch der Fisch besitzt Gliazellen, die sogar ein Protein herstellen, das mit Nogo eng verwandt ist. Nach allem was wir bisher wissen, wirkt es aber nicht hemmend. Das ergeben auch Tests, bei denen man in der Zellkulturschale Nervenzellen von Ratten mit Gliazellen aus dem Fisch zusammenbringt. Mit meinem Kollegen Mathias Bähr von der Universität Göttingen zeigten wir, dass es unter diesen Bedingungen zum Wachstum von Axonen kommt. Umgekehrt regenerieren Goldfisch-Axone nicht, wenn sie von Ratten-Gliazellen umgeben sind, die das hemmende Protein produzieren.
Mittlerweile haben wir auch einige Moleküle näher untersucht, die beim Fisch nach einer Verletzung der Axone hochreguliert werden. Eine entscheidende Rolle spielen zwei Eiweißmoleküle. Diese beiden Proteine werden bei erwachsenen Säugetieren nur von wenigen Neuronen produziert. In unseren Experimenten zeigte sich: Blockiert man die Herstellung dieser Proteine beim Fisch, unterdrückt man damit auch die Regenerationsfähigkeit des Sehnervs. Gemeinsam mit Mathias Bähr wiesen wir auch den umgekehrten Effekt nach: Dreht man beim Säuger die Gene für die beiden Proteine mit Hilfe eines molekularbiologischen Tricks hoch, kommt es zu einer leichten Steigerung der Axon-Regeneration.
Offensichtlich, ging die Regenerationsfähigkeit des Sehnervs bei Säugetieren im Laufe der Evolution verloren. Warum – darüber kann man nur spekulieren. Martin Schwab vermutet, dass die immer größer werdende Komplexität des Gehirns mehr Stabilität der Nervennetzwerke forderte. Dafür wurden die hohe Plastizität und Regenerationsfähigkeit geopfert.
Antwort aufgezeichnet von Stefanie Reinberger
Link:
Website Claudia Stürmer, Universität Konstanz
Axon
Axon/-/axon
Das Axon ist der Fortsatz der Nervenzelle, der für die Weiterleitung eines Nervenimpulses zur nächsten Zelle zuständig ist. Ein Axon kann sich vielfach verzweigen, und so eine Vielzahl nachgeschalteter Nervenzellen erreichen. Seine Länge kann mehr als einen Meter betragen. Das Axon endet in einer oder mehreren Synapse(n).
Neuron
Neuron/-/neuron
Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.
Netzhaut
Netzhaut/Retina/retina
Die Netzhaut oder Retina ist die innere mit Pigmentepithel besetzte Augenhaut. Die Retina zeichnet sich durch eine inverse (umgekehrte) Anordnung aus: Licht muss erst mehrere Schichten durchdringen, bevor es auf die Fotorezeptoren (Zapfen und Stäbchen) trifft. Die Signale der Fotorezeptoren werden über den Sehnerv in verarbeitende Areale des Gehirns weitergeleitet. Grund für die inverse Anordnung ist die entwicklungsgeschichtliche Entstehung der Netzhaut, es handelt sich um eine Ausstülpung des Gehirns.
Die Netzhaut ist ca 0,2 bis 0,5 mm dick.
Sehnerv
Sehnerv/Nervus opticus/optic nerve
Die Axone (lange faserartige Fortsätze) der retinalen Ganglienzellen bilden den Sehnerv, der das Auge auf der Rückseite an der Papille verlässt. Er umfasst ca. eine Million Axone und hat einen Durchmesser von ca. sieben Millimetern.
Gliazellen
Gliazellen/-/glia cells
Gliazellen stellen neben den Neuronen die zweite Gruppe große Gruppe von Zellen im Gehirn. Sie wurden lange Zeit als die inaktiven Elemente des Gehirns, als „Nervenkitt“ bezeichnet. Heute weiss man, dass die verschiedenen Typen von Gliazellen (Astrozyten, Oligodendrozyten und Mikrogliazellen) klar definierte Aufgaben im Nervensystem erfüllen. So reagieren sie z. B. auf Krankheitserreger, spielen eine wichtige Rolle bei der Ernährung der Nervenzellen oder isolieren Nervenfasern. Ihr Anteil im Vergleich zu den Neuronen liegt bei etwas über 50 Prozent.
Axon
Axon/-/axon
Das Axon ist der Fortsatz der Nervenzelle, der für die Weiterleitung eines Nervenimpulses zur nächsten Zelle zuständig ist. Ein Axon kann sich vielfach verzweigen, und so eine Vielzahl nachgeschalteter Nervenzellen erreichen. Seine Länge kann mehr als einen Meter betragen. Das Axon endet in einer oder mehreren Synapse(n).
Neuron
Neuron/-/neuron
Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.
Gen
Gen/-/gene
Informationseinheit auf der DNA. Den Kernbestandteil eines Gens übersetzen darauf spezialisierte Enzyme in so genannte Ribonukleinsäure (RNA). Während manche Ribonukleinsäuren selbst wichtige Funktionen in der Zelle ausführen, geben andere die Reihenfolge vor, in der die Zelle einzelne Aminosäuren zu einem bestimmten Protein zusammenbauen soll. Das Gen liefert also den Code für dieses Protein. Zusätzlich gehören zu einem Gen noch regulatorische Elemente auf der DNA, die sicherstellen, dass das Gen genau dann abgelesen wird, wenn die Zelle oder der Organismus dessen Produkt auch wirklich benötigen.
Plastizität
Plastizität/-/neuroplasticity
Der Begriff beschreibt die Fähigkeit von Synapsen, Nervenzellen und ganzen Hirnarealen, sich abhängig vom Grad ihrer Nutzung zu verändern. Mit synaptischer Plastizität ist die Eigenschaft von Synapsen gemeint, ihre Erregbarkeit auf die Intensität der Reize einzustellen, die sie erreichen. Daneben unterliegen auch Größe und Vernetzungsgrad unterschiedlicher Hirnbereiche einem Wandel, der von ihrer jeweiligen Aktivität abhängt. Dieses Phänomen bezeichnen Neurowissenschaftler als corticale Plastizität.