Gliazellen

Gliazellen sind Zellen innerhalb des Nervensystems, die die Neuronen stützen, ernähren und schützen. Gliazellen hatte man lange Zeit eine eher untergeordnete Rolle im Gehirn zugebilligt und nahm an, dass sie die eigentlichen Nervenzellen ernähren und vor mechanischen Verletzungen schützen. Im Gehirn von Säugetieren befinden sich jedoch auch wesentlich mehr Gliazellen als Nervenzellen, wobei man von einer bestimmten Art von Gliazellen, den Oligodendrozyten-Vorläuferzellen, weiß, dass sie sich zu Oligodendrozyten entwickeln, die dann die Nervenzellfortsätze mit einer schützenden Myelinhülle umgeben und so zur schnellen Weiterleitung der Informationsimpulse beitragen. Übrigens wurde die Bedeutung der Glia-Zellen durch einen Zufall entdeckt, denn Helmut Kettenmann arbeitete als Student an seiner Diplomarbeit, als er am neurobiologischen Institut der Universität Nervenzellen untersuche, die für die Motorik von Säugetieren zuständig sind. Aber irgendetwas stimmte nicht, denn er konnte bei den Versuchszellen kein elektrisches Signal messen. Die vermeintlichen Nervenzellen waren aber keine Nervenzellen, sondern Gliazellen, die Signale nicht weiterleiten, aber die Signale der Nervenzellen interpretieren konnten, dass also deren Funktion über die eines bloßen Füllgewebes hinausgeht. Zwar beschrieb schon Rudolf Virchow diesen Zellentyp Mitte des 19. Jahrhunderts, maß ihnen aber keine größere Bedeutung bei. Kettenmann stieß bei seinen Untersuchungen übrigens auf Oligodendrozyten, eine Art von drei Gliazell-Typen.

In den letzten Jahren kristallisiert sich jedoch mehr und mehr heraus, dass Gliazellen auch für die Informationsverarbeitung im Gehirn immens wichtig sind. Heute ist man ziemlich sicher, dass Gliazellen am Informationsaustausch nicht nur beteiligt sind, sondern sogar eine entscheidende Rolle auch bei so wichtigen höheren Hirnfunktionen wie Lernen und Erinnern besitzen. Solche Vorläuferzellen sind auch im erwachsenen Alter in allen Gehirnregionen vorzufinden und machen immerhin fünf bis acht Prozent aller Gehirnzellen aus, wobei die Vorläuferzellen nicht nur Informationen über die Synapsen empfangen, sondern ihrerseits auch Signale an benachbarte Nervenzellen senden.

Die radialen Gliazellen sind während der Entwicklung des Gehirns Stammzellen, aus denen sich auch die Nervenzellen des Gehirns entwickeln. Gliazellen von Wirbeltieren erlauben daher die Wiederherstellung von Neuronen und eine narbenlose Wundheilung und man hofft, Gliazellen so stimulieren zu können, dass Verletzungen und Krankheiten am Gehirn geheilt werden können. Zahlreiche neuere Studien zeigen auch, dass Gliazellen als Stammzellen in bestimmten Gehirn-Regionen eine große Zahl neuer Nervenzellen auch noch im Erwachsenenalter erzeugen. Neuere Untersuchungen (Sakry et al., 2014) beweisen, dass diese nicht nur Informationen von Neuronen empfangen, sondern dass auch etwa beim Lernen von Mäusen ein Informationsfluss von den Gliazellen an die Neuronen besteht. Bei diesen Tieren konnte man den grundlegenden Mechanismus dafür aufdecken und von der molekularen über die zelluläre Ebene zur Netzwerks- und schließlich bis zur Verhaltensebene untersuchen. Die Gliazellen setzen dazu ein Proteinfragment frei, das an die synaptischen Kontaktpunkte andockt, über die die Neuronen untereinander Informationen austauschen. Wird diese Informationsweiterleitung unterbrochen, zeigt das neuronale Netzwerk Veränderungen bei zellulären Lernprozessen.

Neuere Untersuchungen (García-Cáceres et al., 2016) zeigen, dass einige Stoffwechsel- und Verhaltensprozesse nicht nur über Nervenbahnen reguliert werden, sondern dass auch andere Zelltypen wie Astrozyten, eine wichtige Rolle spielen. Mithilfe bildgebender Verfahren konnte man bei Mäusen zeigen, dass die Hormone Insulin und Leptin an Gliazellen wirken, um die Aufnahme von Zucker ins Gehirn zu regulieren. Bei diesen Tieren, denen Insulinrezeptoren auf bestimmten Astrozyten fehlte, war eine deutlich geringere Aktivität in jenen Neuronen nachweisbar, die die Nahrungsaufnahme zügeln. Solche Mäuse hatten auch Schwierigkeiten, ihren Stoffwechsel anzupassen, wenn sich die Zuckerzufuhr änderte. Ohne Insulinrezeptoren zeigten die Astrozyten vor allem im Bereich der Appetitzentralen im Hypothalamus entsprechend schlechtere Transportraten von Glucose ins Gehirn. Diese Erkenntnisse könnten im Zusammenhang mit Diabetes und Adipositas von Bedeutung sein.

Gliazellen verstärken das Schmerzempfinden

Bisher hat man angenommen, dass Schmerzen eine reine Nervensache sind und dass bei einer Entzündung oder Verletzung nur die Nervenbahnen eine Erregung an das Rückenmark und von dort ans Gehirn leiten, wo der Sinneseindruck Schmerz entsteht. Neuere Untersuchungen zeigen allerdings, dass Gliazellen den Schmerz verstärken und ihn unter Umständen auch in Körperteile tragen, die gar nicht betroffen sind. Das erklärt auch, warum viele entzündungshemmende Substanzen wie etwa Aspirin und Ibuprofen schmerzlindernd wirken, denn diese dämpfen sowohl in Gehirn und Rückenmark als auch im Rest des Körpers in vielen Fällen Entzündungen und schränken damit die schmerzfördernde Wirkung der Gliazellen ein.

Kuriosum aus der Forschung zu Gliazellen

WissenschaftlerInnen (Windrem et al., 2014) injizierten neugeborenen Versuchsmäusen unreife menschliche Gliazellen, wonach binnen eines Jahres mehr oder weniger alle Mäuse-Astrozyten durch menschliche Zellen ersetzt worden waren. Da Menschen-Astrozyten zehn bis zwanzig Mal größer sind und 100 Mal mehr Verzweigungen aufweisen als jene der Tiere, waren auch ihre Gehirne leistungsfähiger. Nachfolgende Untersuchungen zeigten etwa, dass das Erinnerungsvermögen der Mäuse um das bis zu Vierfache verbessert war.  Zwar besaßen auch die modifizierten Mäuse ausschließlich Mäuseneuronen, doch praktisch der gesamte Bestand an Astrozyten kam vom Menschen, die ja auch an wesentlichen Informationsverarbeitungsprozessen beteiligt sind.

Funktion von Mikrogliazellen in einem Frauenjournal

Amüsant klingt die Beschreibung, die Miriam Pontius im Oktober 2016 in der Zeitschrift „Freundin“ für die Funktion von Gliazellen (Hervorhebungen von mir; W. S.):

„Wissenschaftler entdeckten nämlich eine Art Löschfunktion im Gehirn. Mit der kann man, so die Forscher, steuern, was im Gedächtnis bleibt und was nicht. Paradoxerweise hängt diese Funktion mit den Prozessen im Gehirn zusammen, die beim Lernen ablaufen. Wenn man sich mit etwas beschäftigt, sei es eine Fremdsprache, den Namen der Kollegen oder die Funktionen des neuen Backofens, werden Synapsen zwischen einzelnen Gehirnzellen gebildet. Diese Synapsen bilden Wege im Gehirn, die sich von Trampelpfaden in regelrechte Autobahnen verwandeln, je öfter man sie benutzt. Nicht alles, was man irgendwann einmal gelernt hat, braucht man für den Rest seines Lebens. Deshalb wird im Gehirn ausgemistet wie im Kleiderschrank – selten getragene Klamotten kommen in die Altkleidersammlung, um Platz für neue zu schaffen. Im Gehirn erkennen sogenannte Mikrogliazellen wenig benutzte Pfade an einem Protein, das wie ein Hinweisschild an den betreffenden Synapsen klebt und zerstören sie. Diese Aufräumarbeiten geschehen vor allem im Schlaf. Deswegen müssen Sie auch kein schlechtes Gewissen haben, wenn Sie sich nachmittags für ein kurzes Nickerchen hinlegen. 10 bis 20 Minuten Schlaf reichen den Mikrogliazellen, um unser Gehirn von unnötigem Ballast ungenutzter Hirnwindungen zu befreien. Und nun kommt der Trick bei der Sache: Sie selbst können dafür sorgen, dass unangenehme Erlebnisse oder unheilvolle Szenarios mit dem „Zu entsorgen“-Protein markiert werden. Und das tun Sie, indem Sie – so blöd das klingt – einfach nicht mehr daran denken. Sie allein haben in der Hand (oder im Kopf), wie viel Raum Sie den Dingen geben, die Sie belasten. Statt sich auszumalen, was während des Familienurlaubes alles schief gehen kann, lenken Sie sich das nächste Mal einfach mit Ihrer Lieblingsserie ab. Und legen dann am besten einen Powernap ein. Wenn Sie aufwachen, hat Ihr Gehirn die überflüssigen Ängste vielleicht schon ausradiert.

Literatur
García-Cáceres, Cristina et al. (2016). Astrocytic insulin signaling couples brain glucose uptake with nutrient availability. Cell, 166, 867-880.
Sakry D., Neitz A., Singh J., Frischknecht R., Marongiu D., et al. (2014). Oligodendrocyte Precursor Cells Modulate the Neuronal Network by Activity-Dependent Ectodomain Cleavage of Glial NG2. PLoS Biol 12(11): e1001993. Doi:10.1371/journal.pbio.1001993
Windrem, Martha S., Schanz, Steven J., Morrow, Carolyn, Munir, Jared,  Chandler-Militello, Devin, Wang,  Su & Goldman, Steven A.  (2014). A Competitive Advantage by Neonatally Engrafted Human Glial Progenitors Yields Mice Whose Brains Are Chimeric for Human Glia. The Journal of Neuroscience, 34, 16153-16161.
http://www.helmholtz.de/artikel/der-kitt-denkt-mit-3921/ (15-05-22)





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