Protein macht Hirnzellen Beine

Bei der Hirnreifung wandern die Zellen genau an die Orte, an denen sie später gebraucht werden. Forscher des Instituts für Rekonstruktive Neurobiologie am Universitätsklinikum Bonn und des Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) haben nun neue Erkenntnisse zu einem Prozess gewonnen, der bei diesem Vorgang eine wesentliche Rolle spielt.

Die Wissenschaftler haben in ihrer Studie die dopaminergen Neurone des Mittelhirns untersucht. „Die dopaminergen Neurone von Substantia nigra und ventralem Tegmentum werden beide aus Vorläuferzellen im Mittelhirn gebildet“, erklärte Prof. Sandra Blaess vom Institut für Rekonstruktive Neurobiologie des Universitätsklinikums Bonn. „Während der Embryonalentwicklung wandern sie zunächst zusammen in eine Richtung und reifen dabei weiter heran.“

Reelin stabilisiert die Sprint-Form der Zellen

Dann jedoch endet der gemeinsame Marsch: Ein Teil der Zellen biegt Richtung Substantia nigra ab, der andere bleibt zurück, um das ventrale Tegmentum zu bilden. „Wir wussten, dass bei diesem Prozess ein Protein namens Reelin eine wichtige Rolle spielt“, erklärte Blaess’ Mitarbeiterin Ankita Vaswani. „Welche genau, wollten wir in unserer Studie herausfinden.“

Dazu haben die Wissenschaftler in dopaminergen Neuronen in der Maus die Produktion des Proteins DAB1 unterbunden, das für die Übertragung des Reelin-Signals in die Zelle essenziell ist. Unter dem Mikroskop zeigte sich, dass es die Substantia-nigra-Neurone dann nicht mehr schaffen, ihre endgültige Position zu erreichen.

„Wir haben die Neurone nun mit einem fluoreszenten Protein markiert und dopaminerge Neurone mit und ohne DAB1 bei ihrer Wanderung gefilmt“, erklärte Vaswani. „Dabei stellten wir fest, dass sich die Zellen mit DAB1 in den meisten Phasen nur langsam bewegten, dazwischen aber rasche Sprints einlegten.“ Auffällig war, dass die „Sprinter“ stets Fortsätze aufwiesen, die eindeutig in Richtung der Wanderungsbewegung ausgerichtet waren, und dass diese Zellen besonders zielgerichtet wanderten. Unter den Neuronen ohne DAB1 waren dagegen weniger „Sprinter“ zu finden, ihre Zellform war weniger stabil und die Zellen verloren teilweise ihre Orientierung. „Reelin scheint die in Wanderungsrichtung orientierte Zellform zu stabilisieren und so dafür zu sorgen, dass die Zellen sich schneller und gezielter bewegen“, interpretierte Blaess die Ergebnisse.

Vor allem zeigen die Resultate aber, dass Reelin sehr direkt in die Zellwanderung eingreift. „Es handelt sich dabei jedoch nicht um einen Lockstoff, dem die dopaminergen Neurone folgen“, betonte Blaess. „Stattdessen ist es vermutlich ein Faktor, der es den Neuronen ermöglicht, richtig auf andere Signale in ihrer Umgebung zu reagieren.“

Die Ergebnisse der Grundlagenstudie helfen den Wissenschaftlern, die komplexen Prozesse bei der Entstehung des Gehirns besser zu verstehen. Inwieweit sie sich auf das Gehirn des Menschen übertragen lassen, muss sich noch zeigen.

Originalpublikation:
Vaswani A.R. et al.: Correct setup of the substantia nigra requires Reelin-mediated fast, laterally-directed migration of dopaminergic neurons. eLife 2019;8:e41623