Mikrogliazellen sind in der Lage, die neuronale Aktivität durch negatives Feedback zu regulieren, so eine Studie, die in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde. Dieser Mechanismus verhindert, dass das Gehirn Neuronen überfeuert, was zu Anfällen führt. Die Fähigkeit der Mikroglia, die neuronale Aktivität zu regulieren, hängt von ihrer Fähigkeit ab, die ATP-Moleküle, die Neuronen bei Aktivierung freisetzen, zu erkennen und abzubauen. Die gespaltenen Moleküle werden in Adenosin umgewandelt, das die neuronale Aktivität unterdrückt. Dieses Feedback kann eine wichtige Rolle beim Schutz des Gehirns vor neurodegenerativen Erkrankungen spielen.
Gehirnzellen von Säugetieren sind nicht nur Neuronen, sondern auch Gliazellen, die viele Funktionen erfüllen: Neuere Studien haben gezeigt, dass Glia sogar an der Schmerzwahrnehmung beteiligt ist. Unter den Gliazellen werden Mikroglia isoliert - eine der Arten von Immunzellen. Neben der Bekämpfung von Infektionen können Mikrogliazellen zusammen mit Sternzellen (Astrozyten) abgestorbene Neuronen fressen und so Entzündungen im Gehirn vermeiden.
Forscher der Icahn School of Medicine, Mount Sinai Medical Center, unter der Leitung von Ana Badimon, entdeckten eine neue Funktion der Mikroglia: negative Feedback-Regulierung der neuralen Aktivität. Wissenschaftler schufen mutierte Neuronen, die Rezeptoren für Clozapin-N-Oxid trugen. So können mit dieser Substanz Neuronen aktiviert werden. Die Forscher stellten fest, dass die Aktivierung von Neuronen im Vorderhirn von Mäusen die Arbeit der Mikroglia-Gene im Striatum veränderte. Sie analysierten die Arbeit der Gene dieser Zellen und identifizierten Gene, die ihre Aktivität veränderten: Es stellte sich heraus, dass es sich um Gene für Mobilitäts- und Wachstumsgruppen handelte.
Um zu verstehen, wie Mikroglia die neuronale Aktivität beeinflussen, haben Biologen sie im Gehirn einer erwachsenen Maus ausgeschaltet. Es stellte sich heraus, dass Neuronen ohne Mikroglia überempfindlich werden und häufiger spontan erregt werden. Wenn die Forscher außerdem drei verschiedene Gruppen von Neuronen gezielt aktivierten, hatten Mäuse ohne Mikroglia viel häufiger Anfälle aufgrund übermäßiger Gehirnaktivität (p≤0,05).
Dann führten die Forscher eine intravitale Mikroskopie von Gehirnzellen durch, um deren Aktivität zu untersuchen. Sie haben ein Video von der Arbeit der Neuronen aufgenommen und festgestellt, dass sie synchron aktiviert werden. Dies waren die Ursachen für die Anfälle: Höchstwahrscheinlich schienen die Mikrogliazellen Neuronen so "aufzustellen", dass sie nicht gleichzeitig arbeiteten, und ohne Mikroglia verursachten sie eine übermäßige Aktivität im Gehirn.
Intravitalmikroskopie von Mausneuronen zeigte, dass Neuronen ohne Mikroglia (rechts) im Gegensatz zur Kontrolle synchron arbeiten
Es ist bekannt, dass Neuronen bei Aktivierung ATP-Moleküle sezernieren, die die Mikroglia von den P2RY12-Rezeptoren wahrnehmen können. Die Forscher blockierten diese Rezeptoren und zeigten, dass sie für die negative Rückkopplung in Mikroglia erforderlich sind. Dann untersuchten Biologen eine Kaskade von Reaktionen zur Umwandlung von ATP in ein Adenosin-Inhibitor-Molekül und fanden heraus, dass Mikroglia dadurch die Aktivität von Neuronen regulieren: Als Reaktion auf die Freisetzung von ATP, einem Zeichen der Neuronenaktivität, sezernieren Mikroglia Proteine, die an der Umwandlung von ATP in einen Adenosinhemmer beteiligt.
So fanden amerikanische Wissenschaftler heraus, dass Mikroglia die Arbeit von Neuronen nach dem Prinzip des negativen Feedbacks regulieren: Als Reaktion auf eine Aktivierung fördern sie deren Umwandlung in einen Inhibitor. Ohne Mikroglia gibt es eine übermäßige elektrische Aktivität im Gehirn, die zu Anfällen führt. Diese Forschung kann nützlich sein, um eine Heilung für neurodegenerative Erkrankungen zu finden.
Forscher haben kürzlich einen weiteren Defekt in der neuronalen Aktivierung entdeckt. Zellen mit einer Deletion von Chromosom 22, die das Risiko für Schizophrenie und Autismus-Spektrum-Störungen erhöht, haben eher spontane Erregung. Dies liegt an der Fehlfunktion von Kalziumkanälen, die eine Schlüsselrolle bei der Erregung dieser Zellen spielen. Forscher haben zwei Möglichkeiten vorgeschlagen, um die Situation zu beheben.
