Mikroglia (grün) wandert zum apoptotischen Neuron (rot) und verschlingt seinen Körper
Neurowissenschaftler haben herausgefunden, dass Mikroglia und Astrozyten bei der Entfernung der Überreste abgestorbener Neuronen eine gemeinsame Verantwortung tragen: Erstere nutzen den Körper von Neuronen und nahe gelegene Prozesse und Letztere die entfernten Äste des dendritischen Baums. Für eine rechtzeitige Reaktion auf ein sterbendes Neuron benötigen Gliazellen den Mertk-Rezeptor - in seiner Abwesenheit polarisieren Astrozyten nicht und Mikroglia wandern später in die sterbende Zelle. Sind nur Mikroglia ausgefallen, können Astrozyten ihre Funktionen kompensieren und den Körper der Nervenzelle selbstständig aufnehmen. Bei alternden Mäusen ist die Entfernung der Überreste toter Neuronen langsamer, aber die Gründe dafür sind noch nicht klar. Der Artikel wurde in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.
Der programmierte Zelltod oder Apoptose spielt eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Homöostase, auch im Nervensystem. Der Tod von Neuronen im Gehirn reguliert die Anzahl der Zellen und das Verhältnis ihrer Typen und tritt auch bei Pathologien auf. Die Reste abgestorbener Zellen müssen entsorgt werden, sonst kann es zu einer Entzündungs- oder Autoimmunreaktion kommen.
Phagozyten sind damit beschäftigt, tote Zellen zu fressen - im Gehirn von Säugetieren sind dies Mikroglia und in einigen Fällen Astrozyten. Es ist jedoch nicht klar, wie genau Mikroglia und Astrozyten auf Signale von apoptotischen Neuronen reagieren und miteinander interagieren, denn es ist nicht einfach, ein sterbendes Neuron zu „fangen“und seine Nutzung zu beobachten.
Wissenschaftler der Yale School of Medicine unter der Leitung von Jaime Grutzendler entwickelten eine Methode, die eine Echtzeitbeobachtung des neuronalen Todes und der Arbeit von Fresszellen ermöglichte. Apoptose wurde in bestimmten Zellen des Mausgehirns durch Photochemie ausgelöst – ein Laserstrahl wurde auf Neuronen gerichtet, und sie starben. Die sterbenden Neuronen und die Glia, die sie zerstörten, wurden mit einem Zwei-Photonen-Mikroskop sichtbar gemacht.
Neuronen (rot) und ihre Kerne (blau) vor Beginn der Apoptose, nach sechs Stunden und nach einem Tag
Zwei bis drei Stunden nach Beginn der Apoptose polarisierten nahegelegene Astrozyten und Mikroglia in Richtung des sterbenden Neurons, aber nur Mikroglia wanderten zur Nervenzelle und verflochten sie. Infolgedessen absorbierte nur eine Mikrogliazelle den Körper des Neurons und seine nahegelegenen Prozesse. Entfernte Äste des diffusen dendritischen Baumes entfernten Astrozyten.
Mikroglia (grün) und Astrozyten (rot) verbrauchen ein sterbendes Neuron (weiß)
Forscher versuchten, den neuronalen Tod auf andere Weise auszulösen – indem sie eine hohe Dosis des Virus ins Gehirn injizierten oder den spontanen Tod von Nervenzellen während der postnatalen Entwicklung beobachteten – und sahen einen ähnlichen Prozess. Und in diesen Fällen zerstörten Mikroglia den Körper des Neurons und Astrozyten - seine entfernten Prozesse. Das bedeutet, dass verschiedene Gliazellen gleichzeitig die Reste von Nervenzellen entfernen, aber jede hat ihre eigene Spezialisierung. Wahrscheinlich sind Astrozyten für die Prozesse der Neuronen verantwortlich, da sie eng miteinander verflochten sind und Mikroglia an die gewünschte Stelle wandern müssen. Darüber hinaus schlugen die Forscher vor, dass Astrozyten und Mikroglia ihre Aktionen koordinieren und dass es einen Mechanismus für die lokale Interaktion zwischen diesen Zellen gibt.
Wissenschaftler untersuchten die Rolle von zwei Rezeptoren (Axl und Mertk), von denen angenommen wird, dass sie an der Erkennung von Signalen von sterbenden Zellen beteiligt sind. Das Fehlen des ersten Rezeptors hatte keinen Einfluss auf die Arbeitsgeschwindigkeit der Fresszellen, und bei Mäusen ohne das Mertk-Gen war die Geschwindigkeit der Entfernung der Überreste toter Neuronen reduziert (p < 0,05), was den Beginn der Bewegung von Mikroglia verzögerte zu den Nervenzellen, und nicht zum Zeitpunkt ihrer Absorption. Darüber hinaus polarisierten Astrozyten in Mertk-Knockout-Mäusen nicht, obwohl, wenn das Gen nicht nur in Mikroglia vorhanden war, Astrozyten im Gegenteil schnell polarisierten.
Die Aufnahme eines apoptotischen Neurons (sein Kern ist mit einem blauen Pfeil markiert) durch Mikroglia (grün) ist normal (oben) und in Abwesenheit des Mertk-Gens (unten)
Das Fehlen von Mertk in Mikroglia hatte keinen Einfluss auf die Gesamtrate der Entfernung abgestorbener Neuronen, was bedeutet, dass Astrozyten die Phagozytose des Körpers von Nervenzellen übernehmen können, wenn die Mikroglia ihre Funktionen nicht erfüllen können. Als Wissenschaftler Mikroglia selektiv ausrotteten, umgaben Astrozyten die sterbenden Neuronen mit ihren Anhängseln und absorbierten sie, wenn auch langsamer als normalerweise.
Schließlich wurde bei alten Mäusen die Entfernung abgestorbener Neuronen beobachtet – schließlich sterben mit dem Alter viele Neuronen ab, und es ist notwendig, sie rechtzeitig zu entsorgen. Bei Mäusen im Alter von 26-28 Monaten unterschied sich die Apoptoserate nicht von der bei Jungtieren, jedoch dauerte die Aufnahme toter Zellen viel länger (p < 0,01). Die Expression von Mertk hat sich mit dem Alter nicht verändert, und die Gründe für die langsamere Phagozytenaktivität im alternden Gehirn bleiben unklar.
Bei neurodegenerativen Erkrankungen hat Myroglia nicht die Zeit, alle sterbenden Neuronen zu nutzen, und sie beginnen sich anzuhäufen, lösen Entzündungen und den Tod neuer Neuronen aus. Aber ohne das Mertk-Gen entwickeln sich neurodegenerative Erkrankungen langsamer, möglicherweise weil abbauende Neuronen länger an Ort und Stelle bleiben und ihre Arbeit teilweise weiterhin erfüllen.
