Signalübertragung im Gehirn: Nervenzellen nutzen Glutamat

Vielen dürfte Glutamat, L-Glutaminsäure und ihre Salze (E 620-625), vor allem als Geschmacksverstärker ein Begriff sein. Glutamat ist allerdings auch eine körpereigene Substanz, die der Mensch selber bilden kann. Als Botenstoff im Gehirn nutzen Nervenzellen Glutamat für die Signalübertragung.

Wissenschaftler der Universität Bonn haben in einer Kooperation mit Kollegen des Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE), dem Life & Brain Zentrum Bonn sowie der Universität Bochum im Tiermodell eine Art Datenautobahn entdeckt. „„Während die Signalübertragung zwischen den Nervenzellen mittels Dopamin vergleichsweise langsam ist, haben die von uns untersuchten Dopamin produzierende Neurone zusätzlich Glutamat als Botenstoff benutzt"“, berichtet Milan Pabst vom Labor für Experimentelle Epileptologie und Kognitionsforschung des Universitätsklinikums Bonn.

Außerdem hätten die Forscher erstmals Einblicke in die Entwicklungsgeschichte dieser Nervenzell-Subtypen gewinnen können“, ergänzt Privatdozentin Dr. Sandra Blaess vom Institut für Rekonstruktive Neurobiologie des Life & Brain Zentrums der Universität Bonn.

Glutamat aktiviert Neurone

Dopamin produzierende Neurone nehmen eine Schlüsselrolle in der Signalübertragung ein: Während der Gehirnentwicklung reifen sie zu mehreren spezialisierten Subtypen heran, die als eine Art Netzwerker zu zahlreichen anderen wichtigen Gehirnregionen Verknüpfungen herstellen.

Die Wissenschaftler koppelten die Dopamin produzierenden Neuronen von Mäusen mit lichtempfindlichen Proteinen. Dadurch konnten sie einzelne dieser Dopamin-Nervenzellen mit Lichtreizen anregen und den Signalweg weiterverfolgen. „Mittels des Glutamats seien im präfrontalen Cortex lokale hemmende Neurone aktiviert“ worden, berichtet Pabst. Der präfrontale Cortex ist so etwas wie das Kontrollzentrum im Gehirn, in dem zum Beispiel Aufmerksamkeit und Entscheidungsfindung erfolgen sowie auch das Arbeitsgedächtnis seinen Sitz hat.

Die durch das Glutamat aktivierten hemmenden Neurone sind wiederum für die Regulation der Signalübertragung im Präfrontalen Cortex zuständig: Sie entscheiden zum Beispiel mit darüber, ob ein Signal weitergeleitet wird. „Deshalb komme dem identifizierten Glutamatweg bei der Signalverarbeitung im präfrontalen Cortex eine zentrale Bedeutung zu“, sagt Prof. Dr. Heinz Beck vom Labor für Experimentelle Epileptologie und Kognitionsforschung des Bonner Uniklinikums.

Publikation:
Function and developmental origin of a mesocortical inhibitory circuit, Nature Neuroscience, DOI: 10.1038/nn.4020

Institut für Rekonstruktive Neurobiologie Life & Brain Zentrum der Universität Bonn 

Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE)

Universität Bochum