21.10.2021 - University of Nottingham

Wissenschaftler gewinnen neue Erkenntnisse darüber, wie Gehirnzellen miteinander sprechen

Forschung könnte bei der Behandlung von psychischen Erkrankungen und Gedächtniskrankheiten helfen

Experten der Universität Nottingham haben herausgefunden, dass die Umkehrung der Veränderung molekularer Botschaften an den Synapsen im menschlichen Gehirn zu reversiblen psychischen Erkrankungen wie Angstzuständen und Gedächtnisstörungen wie Demenz beitragen kann.

Die in der Fachzeitschrift Molecular Psychiatry veröffentlichten Ergebnisse sind ein wichtiger Schritt in unserem Verständnis der Kommunikation von Gehirnzellen und könnten dazu beitragen, neue Behandlungsmöglichkeiten für neurologische und psychiatrische Erkrankungen zu finden.

Die Forschungsarbeiten wurden von Dr. Helen Miranda Knight von der School of Life Sciences der Universität Nottingham in Zusammenarbeit mit Forschern der Schools of Medicine, Life Science und Bioscience geleitet. Sie wurde mit den hochmodernen Einrichtungen des Deep seq, der SLIM-Mikroskopie und des Nanoscale and Microscale Research Centre der Universität Nottingham durchgeführt.

Nervenzellen im menschlichen Gehirn kommunizieren miteinander an so genannten Synapsen, an denen Moleküle freigesetzt werden, die der nächsten Zelle ein Signal geben. Wenn Menschen etwas lernen oder sich an etwas erinnern, wird diese Signalübertragung verstärkt. Wenn die Kommunikation zwischen den Synapsen gestört ist, werden die Schaltkreise unterbrochen. Je mehr Schaltkreise verloren gehen, desto mehr verändert sich die Art und Weise, wie Menschen denken und alltägliche Aufgaben erledigen können. Dies zeigt sich bei kognitiven Störungen, wie z. B. bei Formen der Demenz und einigen psychischen Erkrankungen.

Die Funktion von Nervenzellen und Synapsen hängt von Proteinen ab, die mit Hilfe von Informationen hergestellt werden, die in genetischem Material namens RNA kodiert sind. Man geht davon aus, dass die RNA genau dort sitzt, wo und wann sie für die synaptische Signalgebung benötigt wird, weil eine Art synaptisches "Tag" die richtige aktive Synapse markiert. Wissenschaftler haben vor kurzem herausgefunden, dass an eine der RNA-Basen eine Methylgruppe bzw. ein Molekül angefügt werden kann, das die RNA-Botschaft "markiert". Das Hinzufügen solcher Methylgruppen kann die Bindung von Proteinen an die DNA oder RNA beeinflussen und folglich die Produktion von Proteinen verhindern.

Diese neue Studie zeigt, dass die RNA-Markierung an Synapsen umgekehrt werden kann und somit als "synaptischer Tag" fungieren könnte. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass dies, wenn es gestört wird, zu einer Fehlfunktion von Synapsen und Nervenzellen führen könnte, indem es die Bildung von toxischen Proteinklumpen beeinflusst.

Die Forscher nutzten fortschrittliche Mikroskopie, um zeitliche und örtliche Veränderungen der markierten RNAs an Synapsen zu untersuchen, und eine Sequenzierungstechnik, um die "markierten" RNAs in Hirngewebe aus dem Hippocampus zu charakterisieren, einer für die Gedächtnisbildung sehr wichtigen Hirnregion.

Dr. Knight sagte: "In dieser neuen Studie können wir ein neues Verständnis der genomischen Mechanismen gewinnen, die regeln, wie Nervenzellen an Synapsen kommunizieren. Zu diesen genomischen Mechanismen gehören Methylgruppen, die an RNA-Botschaften angehängt und wieder entfernt werden, wenn eine Synapse aktiv ist. Die Auswirkungen sind sehr wichtig für die normale Gehirnfunktion, aber auch für reversible psychiatrische Erkrankungen wie Angst- und Suchterkrankungen und neurodegenerative Erkrankungen im Frühstadium wie Demenzerkrankungen.

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