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Hirnforschung

Chemischer Schalter für Neuronen

Zwei US-amerikanischen Forscherteams ist die Entwicklung eines Schalters gelungen, mit dem sich einzelne Neuronengruppen gezielt aktivieren lassen. Der spezielle Rezeptor, den die Forscher in die Zellmembranen von Mäuse-Neuronen integrierten, öffnet sich nur in Anwesenheit einer chemischen Verbindung. Mit der Technik soll erforscht werden, wie Hirnregionen miteinander verschaltet sind und wie sich Störungen auf ihre Funktion auswirken.

James McNamara von der Duke University in Durham und Bryan Roth von der University of North Carolina in Chapel Hill züchteten den Rezeptor in Hefezellen heran. Anschließend übertrugen sie seine Bauanleitung in das Genom von Labormäusen, die nun das Protein selbst herstellten. Wenn sie den Nagern nun die chemische Verbindung Clozapin-N-oxid in einer Form injizierten, die die Blut-Hirnschranke überwinden kann, begannen die mit dem Schalter versehenen Zellen zu feuern. Unveränderte Zellen reagierten hingegen nicht auf die Substanz.

Indem sie die genetische Bauanleitung für den Rezeptor mit anderen Genen der Mäuse-DNA kombinieren, können die Wissenschaftler im Voraus den Neuronentyp bestimmen, in den der Rezeptor eingebaut werden soll. Nicht möglich ist allerdings, ausschließlich eine einzelne Zelle zu erregen. Dafür ist aber sichergestellt, dass die künstlich ausgelöste Aktivierung immer auf Neuronen ähnlicher oder gleicher Funktion beschränkt bleibt.

In ersten Experimenten mit der neuen Technik gelang es den Wissenschaftlern, bei den Versuchsmäusen auf das chemische Signal hin epilepsieartige Anfälle auszulösen. Aber auch weitere Krankheiten wollen die Wissenschaftler mit den chemisch aktivierten Rezeptoren untersuchen. "Man könnte versuchen, gezielt andere Neuronenverbände zu erregen, beispielsweise in einem Tiermodell für Parkinson-Krankheit", erklärt die Hauptautorin der Studie, Georgia Alexander von der Duke University. Die Anwendung sei überdies nicht auf Hirnzellen beschränkt, sondern dürfte ebenso anderswo im Körper einsetzbar sein.

Mehr zum Thema "Optogenetik" finden Sie auf unserer Sonderseite:
spektrumdirekt.de/optogenetik
Zur gezielten Manipulierung von Hirnzellen verfolgen Forscher weltweit verschiedene Ansätze. So gelang es im Jahr 2005 beispielsweise einem Team um Karl Deisseroth von der kalifornischen Stanford University lichtempfindliche Rezeptoren in Zellen zu schleusen. Mit Hilfe eines implantierten Glasfaserkabels, das optische Signale in Bewegungsareale eines Nagers schickte, konnten die Forscher dann das Tier auf Kommando in Bewegung setzen. (jd)
29. Woche 2009

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 29. Woche 2009

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  • Quellen
Alexander, G. et al.: Remote Control of Neuronal Activity in Transgenic Mice Expressing Evolved G Protein-Coupled Receptors. In: Neuron 63, S. 27–39, 2009.

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