Wie Nerven- und Gefässzellen ihr Wachstum koordinieren
Eine Studie der Universitäten Bonn und Heidelberg liefert Einblicke in einen fein abgestimmten Tanz ...
Universität Bonn30.12.20222"
Nervenzellen sind ausgesprochen hungrig. So fliesst rund jede fünfte Kalorie, die wir über die Nahrung zu uns nehmen, in unser Gehirn. Denn die Erzeugung von Spannungspulsen (den Aktionspotenzialen) und ihre Übertragung zwischen den Neuronen ist sehr energieintensiv. Daher ist Nervengewebe in der Regel von zahlreichen Blutgefässen durchzogen. Sie stellen die Versorgung mit Nährstoffen und Sauerstoff sicher.
Neuronen und Gefässe entwickeln sich gleichzeitig
Bei der Embryonalentwicklung spriessen also im Gehirn und Rückenmark, aber etwa auch in der Netzhaut des Auges jede Menge Gefässe heran. Zudem entstehen dort massenhaft Neuronen, die sich untereinander und mit Strukturen wie Muskeln und Organen vernetzen. Beide Prozesse müssen aufeinander Rücksicht nehmen, um sich nicht ins Gehege zu kommen. «Wir haben einen neuen Mechanismus identifiziert, der das sicherstellt», erklärt Prof. Dr. Carmen Ruiz de Almodóvar von der Universität Bonn. In ihrer Studie hat sie zusammen mit internationalen Partnern die Gefässbildung im Rückenmark von Mäusen unter die Lupe genommen.
Wachstumspause in der Wirbelsäule
«Die Anlage von Gefässen im Rückenmark beginnt bei den Tieren etwa 8,5 Tage nach der Befruchtung», sagt sie. «Zwischen Tag 10,5 und 12,5 legen die Gefässzellen aber eine Pause ein. Und das, obwohl in dieser Zeit in ihrer Umgebung grosse Mengen wachstumsfördernder Moleküle vorhanden sind. Stattdessen wandern in dieser Zeit zahlreiche Nervenzellen - die Motorneuronen - von ihrem Entstehungsort im Rückenmark zu ihrer endgültigen Position. Dort bilden sie dann Ausläufer, die Axone, die von der Wirbelsäule zu den verschiedenen Muskeln führen.»
Die Motorneuronen nutzen also die Ruhephase der Gefässzellen, um sich selbst zu organisieren und heranzuwachsen. Erst danach beginnen die Gefässe wieder zu spriessen. «Das Ganze ähnelt einem fein abgestimmten Tanz», erklärt José Ricardo Vieira. «Dabei nimmt jeder Partner darauf Rücksicht, dass er dem anderen nicht in die Quere kommt.»
Semaphorin 3C (Sema3C) und PlexinD1
Doch wie wird dieser Tanz koordiniert? Offensichtlich, indem die Motorneuronen den Gefässzellen eine «Stopp, jetzt bin ich dran»-Botschaft zurufen. Dazu dient ihnen ein Protein, das sie in ihre Umgebung abgeben - das Semaphorin 3C (Sema3C). Es diffundiert zu den Gefässzellen und dockt dort an einem Rezeptor namens PlexinD1 an - das ist gewissermassen das Ohr, für das die molekulare Botschaft bestimmt ist.
Ertaubte Gefässzellen wachsen unkontrolliert
- «Wenn wir in Mäusen die Produktion von Sema3C in den Neuronen unterbinden, dann bilden sich in der Region, in der sich diese Neuronen befinden, vorzeitig Blutgefässe», sagt Prof. Ruiz de Almodóvar. «Dadurch können sich die Axone der Nervenzellen nicht mehr korrekt entwickeln - sie werden durch die Gefässe daran gehindert.»
- Einen ähnlichen Effekt hatte es, wenn die Forschenden experimentell die Bildung von PlexinD1 in den Gefässzellen stoppten: Da diese nun für das Sema3C-Signal der Neuronen taub waren, stellten sie ihr Wachstum nicht ein, sondern sprossen weiter.
Die Ergebnisse dokumentieren, wie wichtig der koordinierte Ablauf der beiden Prozesse während der Embryonalentwicklung ist. Mittelfristig könnten sie auch zu einem besseren Verständnis bestimmter Erkrankungen beitragen, etwa von Netzhautdefekten, die durch ein starkes und unkontrolliertes Gefässwachstum entstehen. Auch bei der Regeneration zerstörter Hirnareale, beispielsweise nach einer Verletzung des Rückenmarks, kann die Nutzung des neu entdeckten Mechanismus auf lange Sicht möglicherweise helfen.PS
