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AG Dietzel-Meyer
Elektrobiochemie neuraler Zellen |
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Regulation von Ionenströmen
Nervenzellen halten uns das ganze Leben lang auf Trapp, ermöglichen, daß
wir uns koordiniert bewegen, sitzen, stehen, denken, sehen, fühlen.....
Nervenzellen teilen sich bis auf Ausnahmen nicht; die gleichen Neurone
benutzen wir unser Leben lang.
=> Nervenzellen können ihre Verbindungen
untereinander in gewissem Maße verändern, man nennt dies "synaptische
Plastizität". Uns interessiert, ob die Nervenzellen das ganze Leben lang
unveränderlich funktionieren oder ob sich ihre Signale ändern können, ob
es also auch eine "funktionelle Plastizität" von Nervenzellen gibt.
Nervenzellen werden von Gliazellen (vor allem Astrozyten und
Oligodendrozyten) eingehüllt, die nicht direkt an der Informationsweiterleitung
beteiligt sind, und daher keine Aktionspotenziale generieren. Neuere Arbeiten
anderer Gruppen haben gezeigt, dass diese Satellitenzellen von aktiven
Nervenzellen beinflusst werden und ihrerseits die synaptische Aktivität von
Nervenzellen beeinflussen können. Uns interessiert, ob diese Zellen auch die
elementaren Eigenschaften von Nervenzellen, ihre Antwort auf externe Reize,
die sich in einer Folge von Aktionspotenzialen wiederspiegelt, verändern
können. Weiterhin interessiert uns, wie die elementaren elektrischen
Eigenschaften dieser Satellitenzellen durch Kontakte mit Nachbarzellen
modifiziert werden.
Unsere früheren Arbeiten hatten gezeigt, daß die Ausbildung spezifischer
Ionenkanalmuster (d.h. das zelltyp-spezifische Verhältnis der Na+, K+ und Ca2+ - Kanäle zueinander
in der Membran) in der Mehrzahl der untersuchten Nervenzelltypen bereits vor den ersten Anzeichen
der morphologischen Differenzierung einsetzt (1;2). Damit
sind die individuellen Antworten von Nervenzellen auf elektrische Reize
schon früh ausgeprägt. Trotz dieser frühen Festlegung des
zelltypspezifischen neuronalen Phänotyps konnten wir beobachten, dass
epigenetische Faktoren, wie z. B. über größere Distanzen wirkende Hormone
oder lösliche Faktoren, die aus Nachbarzellen freigesetzt werden können,
die spannungsabhängigen Na+-Ströme und damit die Reaktion der
Nervenzellen auf Reize aus der Umwelt beeinflussen können.
Literatur
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Die Wirkung von Schilddrüsenhormon auf Na+-Ströme |
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Regulation von Ionenkanälen in Oligodendrozytenvorläuferzellen |
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| Ein Mangel an Schilddrüsenhormon führt zu einer
charakteristischen Verlangsamung von Sprache, Bewegung und Wahrnehmung sowie einer
verlangsamten Nervenleitungsgeschwindigkeit. Wir konnten mit Hilfe von "Patchclamp"- Ableitungen
in der
Ganzzellkonfiguration zeigen, dass das biologisch aktive Schilddrüsenhormon
3,5,3'-Triiodo-L-thyronin (T3) die Na+-Stromdichte im Vergleich zur K+-Stromdichte
in den Membranen von Nervenzellen aus dem Hippocampus neugeborener Ratten
hochreguliert (3). Diese Na+-Stromregulation, die auch im
Neocortex auftritt, wird von größeren Aktionspotenzialamplituden, sowie einer
schnelleren Umladung der Membrankapazität begleitet. Dies führt zu höher frequenten
Aktionspotenzialsalven im Vergleich zu Kontrollzellen, die nicht mit Schilddrüsenhormon
in Kontakt waren (4). Die kognitiven Verlangsamungen, die bei einer
Schilddrüsenunterfunktion auftreten, könnten somit, neben einer möglichen Reduzierung der
isolierenden Myelinschicht, auch auf einer Verkleinerung der Na+-Ströme in Nervenzellen beruhen.
Weiterführende Untersuchungen deuten darauf hin, dass das Schilddrüsenhormon die
Na+-Kanäle in
Nervenzellen nicht direkt reguliert, sondern über die Ausschüttung eines löslichen
Faktors wirkt (5).
 
Aktionspotentiale (links) und original Stromspuren (rechts) von Kontroll- und Schilddrüsenhormon behandelten Zellen
Abstract (Englisch) » |
Oligodendrozyten bilden die Isolatorhüllen von
Nervenfasern im zentralen Nervensystem und ermöglichen auf diese Weise die
Übertragung von Informationen über längere Distanzen. Wenn diese Zellen während
ihrer Entwicklung geschädigt werden, erreichen die Nervenimpulse nicht mehr ihr
beabsichtigtes Ziel, wie z.B. bei spastischen Lähmungen, die häufig nach
Frühgeburten auftreten. Wir verwenden ein Zellkulturmodell, an dem wir die
Wirkungen möglicher schädigender und schützender Faktoren auf das Überleben und
die Funktion isolierter Oligodendrozytenvorläuferzellen gezielt untersuchen können.
An diesem Modell konnten wir zeigen, dass die Cytokine Tumornekrose-Faktor-a und
Interferon-g, die aus aktivierten Astrozyten und Makrophagen bei Entzündungen und
Sauerstoffmangel freigesetzt werden, die geschädigten Oligodendrozyten in einem
unreifen Stadium "einfrieren" (6). Weiterhin haben wir
Hinweise, dass eine gleichzeitige Behandlung mit Glukocortikoiden die unreifen
Zellen schützen kann (7). Die Exposition mit schädigenden und
schützenden Faktoren beeinflusst den Umbau von Ionenkanälen in den Membranen der
ausreifenden Oligodendrozyten (8).
Dieses Projekt basiert auf einer Kooperation
von R. Berger
(vormals Knappschaftskrankenhaus Bochum) mit dem Lehrstuhl für Molekulare Neurobiochemie.
Färbung einer reifen Oligodendrocyte.
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