RUB-Publikation: Rezeptor in Kleinhirnzellen entscheidend für Motorik Forscher beeinflussen
Aktivität von Nervenzellen über Laserdiode
Bochum (universität) - Die Aktivität bestimmter Nervenzellen über Licht zu steuern
und somit die Bewegungen von Mäusen zu beeinflussen, ist Forschern der Ruhr-Universität gelungen. Indem
sie spezielle Rezeptoren in Nervenzellen des Kleinhirns so veränderten, dass sie durch Licht an- und abgeschaltet
werden konnten, zeigten die Forscher, dass die Signalwege, die die Rezeptoren anschalten, eine entscheidende Rolle
für die Bewegungskontrolle spielen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden beeinflussen die Forscher
mit der so genannten Optogenetik gezielt einen Zelltyp. "Wir werden dieses Verfahren jetzt nutzen um herauszufinden,
was genau bei Bewegungsstörungen wie Ataxien in den Nervenzellen nicht stimmt", so Prof. Dr. Stefan Herlitze
(RUB-Fakultät für Biologie und Biotechnologie). Die Forscher berichten im Journal of Biological Chemistry.
Beiträge zum Aktivitätsmuster der Zellen aufklären
Das Bochumer Team untersuchte einen speziellen Signalweg, der von einem sogenannten G-Protein-gekoppelten
Rezeptor kontrolliert wird. Dieser Signalweg ist für die Modulation der Aktivität in komplexen Nervenzellnetzwerken
wichtig. Störungen der Funktion können sich z.B. auf das emotionale und auf das Bewegungsverhalten auswirken.
"Wir wissen, dass das Aktivitätsmuster der Purkinje-Zellen im Kleinhirn entscheidend für die Koordination
von Bewegungsabläufen ist", erklärt Herlitze. "Unklar ist jedoch, welchen Beitrag einzelne
Rezeptoren leisten." In herkömmlichen Studien nutzen Forscher Medikamente, die bestimmte Proteine in
Nervenzellen hemmen oder erregen, um den Beitrag dieser Proteine zur Aktivität der Zellen zu untersuchen.
Herlitzes Team interessierte sich jedoch für ein Protein (G-Protein-gekoppelter Rezeptor), das in verschiedenen
Zelltypen vorkommt. Hätten die Forscher ein Medikament appliziert, hätten sie nicht nur den Rezeptor
in den Purkinje-Zellen ausgeschaltet, sondern in allen Zelltypen, in denen er vorkommt. Die Medikamentenmethode
macht es daher unmöglich, den Beitrag des Rezeptors in den Purkinje-Zellen isoliert zu betrachten.
Optogenetik: Medikamente durch Licht ersetzen
Um diesem Problem zu entgehen, tauschte Herlitzes Team die Medikamente gegen Proteine aus, die durch Licht
aktiviert werden. Mit genetischen Methoden bauten die Forscher Rhodopsin, das lichtsensitive Protein des Auges,
in die Purkinje-Zellen von Mäusen ein. Außerdem implantierten sie eine Lasersonde in das Kleinhirn,
mit der sie das Rhodopsin beleuchteten. Das lichtaktivierte Rhodopsin schaltete dann den G-Protein-gekoppelten
Rezeptor in den Purkinje-Zellen an, während die gleichen Rezeptoren in anderen Zelltypen inaktiv blieben.
Der RUB-Lehrstuhl für Allgemeine Zoologie und Neurobiologie war maßgeblich daran beteiligt, diese Methode
weltweit zu etablieren.
Untersuchter Rezeptor ist für Bewegungssteuerung entscheidend
Die Forscher fanden heraus, dass eine Aktivierung des G-Protein-gekoppelten Rezeptors das Aktivitätsmuster
der Purkinje-Zellen veränderte. Gerade mal 20 Sekunden musste Herlitzes Team das Rhodopsin belichten, um diese
Effekte zu erzielen. Eine Reduktion der Zellaktivität um 20 bis 30 Prozent war ausreichend, um sichtbare motorische
Defizite im Verhalten der Mäuse auszulösen, etwa Gleichgewichtsstörungen oder Koordinationsprobleme.
"Wir konnten so zum ersten Mal zeigen, dass die Modulation eines speziellen G-Protein-gekoppelten Rezeptors
in den Purkinje-Zellen eine entscheidende Bedeutung für die Bewegungskontrolle und -koordination hat",
resümiert Herlitze.
Titelaufnahme
Gutierrez, D.V., Mark, M.D., Masseck, O., Maejima, T., Kuckelsberg, D., Hyde, R.A., Krause, M., Kruse, W.,
Herlitze, S. Optogenetic control of motor coordination by Gi/o protein-coupled vertebrate rhodopsin in cerebellar.
J. Biol. Chem., doi: 10.1074/jbc.M111.25367 (2011) |