Die Astrozyten, sternförmige Zellen um Gehirnneuronen, sind mehr als nur Nährzellen für die Nervenzellen, berichten Forscher um Rüdiger Klein vom Max-Planck-Instituts für Neurobiologie in Martinsried: Die Zellen arbeiten aktiv an in Lernvorgängen mit, bei denen sich einzelne Nervenzellen besser miteinander verdrahten. Zumindest in Mäusen spielt dabei die Kommunikation über Ephrine-Signalmoleküle eine entscheidende Rolle, von denen bisher nur bekannt war, dass sie an der Reifung von Neuronen mitwirken.

Die Astrozyten regulieren die Menge an Glutamat-Botenstoff im synaptischen Spalt zwischen zwei Neuronen, indem sie daraus Glutamat über Transporter entfernen. Überschüssiges Glutamat aus der Synapse läuft daher nicht Gefahr, zu einer benachbarten Neuronenkontaktstelle überzuschwappen. Klein und Kollegen konnten nun zeigen, dass die nachgeschaltete Nervenzelle und der Astrozyt miteinander kommunizieren und so die Menge der Glutamat-entfernenden Transporter regulieren.

Astrozyten um die Synapse
© MPI für Neurobiologie / Schorner, Klein & Paixão
(Ausschnitt)
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Kontaktstellen zwischen Nervenzellen (rot) werden zum Teil von bestimmten Zellen, den Astrozyten (grün) umschlossen. Wissenschaftler zeigten nun, dass Nervenzelle und Astrozyt sich über die Moleküle EphrinA3 und EphA4 austauschen und der Astrozyt so die Kommunikation zwischen zwei Nervenzellen beeinflusst, indem der Botenstoff Glutamat entfernt. Diese bisher unbekannte Funktion dieser sternförmigen Zellen wirkt sich auf die Fähigkeit des Gehirns aus zu lernen.
An dem Kommunikationsprozess ist das Signalmolekül EphrinA3 und sein Bindungspartner, das EphA4 beteiligt. EphrinA3/EphA4 war schon bekannt als System, das die Reifung von Synapsen reguliert. "Völlig unerwartet war jedoch, dass es auch einen Einfluss in die andere Richtung gibt", so Klein: Fehlt der EphA4-Rezeptor in einer Nervenzelle, so bildet der benachbarte Astrozyt vermehrt Transporter aus. Diese saugen so viel Glutamat aus der betroffenen Synapse ab, dass diese nicht mehr verstärkt werden kann – sicher ein Nachteil beim Lernen.

Wie wichtig der EphrinA3/EphA4 Signalweg ist, bewiesen Kontrollversuche in Mäusen. Fehlte der Bindungspartner EphrinA3 im Astrozyten, so wurde wie beim Fehlen von EphA4 eine synaptische Verstärkung aufgrund des Glutamat-Mangels unmöglich. Wurde das Vorkommen von EphrinA3 dagegen experimentell erhöht, so sank die Anzahl der Astrozyten-Transporter. Daraufhin sammelte sich Glutamat im synaptischen Spalt an, was schnell zu Zellschäden und Fehlfunktionen der betroffenen Synapsen führte.

Das Team möchte nun herausfinden, über welche Mechanismen EphrinA3/EphA4 die Bildung der Transporter beeinflusst, wo dieser Transporter liegt und wie er genau funktioniert. Fehlfunktionen der Astrozyten-Transporter spielen auch eine Rolle bei neurologischen und neurodegenerativen Krankheiten wie der Epilepsie und der Amyotrophen Lateralsklerose (ALS).