Das Nervensystem als dreidimensionale Landkarte
Freiburger Forscherteam erstellt erste vollständige Karte spezieller Verbindungen von Nervenzellen im Zebrafisch
Die Organisation einer Stadt wäre ohne die Kenntnis des Verlaufs aller Straßen schwer zu verstehen. Wissenschaftler stehen vor dem gleichen Problem, wenn sie die Funktion des Gehirns erfassen wollen. Für Wirbeltiere ist bisher nur bruchstückhaft bekannt, welche Nervenzellen ihre Verbindungen, so genannte Axone, in bestimmte Hirnregionen senden. Besonders zum Verständnis der Funktion von Nervengruppen im Gehirn, die in weit entfernte Regionen Axone aussenden und dort die Aktivität der Schaltkreise modulieren, ist es wichtig, die Verbindungen zu kennen. Dazu gehören Nervenzellen, die das kleine Molekül Dopamin als Botenstoff verwenden – diese Nervenzellen steuern viele Verhaltensweisen. In der Parkinson'schen Krankheit sterben eben diese Neurone ab, die in der Medizin eine wichtige Rolle spielen.
Übersichtsbild eines eingefärbten Zebrafisch-Nervensystems
Driever and Ryu
Neurobiologen der Universität Freiburg um Prof. Dr. Wolfgang Driever von der Biologie haben in Zusammenarbeit mit Dr. Olaf Ronneberger aus der Informatik und Dr. Roland Nitschke aus dem Zentrum für Biosystemanalyse (ZBSA) der Universität nun zum ersten Mal für ein Wirbeltier eine vollständige Karte aller Axone, die Dopamin als Botenstoff verwenden, in dem Modell Zebrafisch erstellt. Die Daten zeigen für eine medizinisch wichtige Klasse von Botenstoffen im Nervensystem alle Projektionsmöglichkeiten, das "Projektom", jeder Nervenzelle auf. Die Forschung erfolgte in enger Zusammenarbeit mit dem Zentrum für Biosystemanalyse (ZBSA) und BIOSS, Centre for Biological Signalling Studies.
Die Darstellung der dreidimensionalen Projektomkarte im Zusammenhang des intakten Gehirns des Zebrafisches wurde durch die Kombination der selektiven genetischen Markierung einzelner Nervenzellen mit hoch auflösender Mikroskopie am ZBSA ermöglicht. Die neue Karte zeigt wichtige Informationen zur möglichen Funktion des Gehirns. So zeigt sie, dass dopaminerge Neurone des Zwischenhirns in bisher ungeahnter Weise weit entfernte Hirnregionen verbinden, die verantwortlich sind für höhere Gehirnfunktionen im Telencephalon, Kontrolle der Physiologie im Hypothalamus, Bewegungssteuerung im Hinterhirn, und Bewegungsausführung im Rückenmark. Diese Neurone können an der Umschaltung von Grundverhalten nach Stress beteiligt sein: aktive Reaktionen wie Kampf und Flucht oder passive Reaktionen wie Erstarrung. In der gleichen Arbeit wird ein neues dopaminerges System in einem anderen Bereich des Zebrafisch-Gehirns, dem Striatum, beschrieben, das das von dem Verlust dopaminerger Verbindungen bei Parkinson-Patienten besonders betroffen ist. Dieses System kompensiert dort möglicherweise die in Fischen geringere Zahl einwachsender dopaminerger Neurone. In Verbindung mit weiteren neurobiologischen Untersuchungen eröffnet die "Projektom" Karte ein neues Verständnis von Schaltkreisen im Fischgehirn als einfachem Wirbeltier.
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