Axon (axon) ist die Erweiterung einer Nervenzelle, eines Neurons, das in sich verzweigenden Nervenendigungen (Dendriten) endet, wobei über sie Botschaften an andere Neuronen bzw. an Muskeln oder Drüsen weitergeleitet werden. Axone sind also für die Weiterleitung der elektrischen Impulse zuständig, wobei bei entsprechend großer Erregung eine Nervenzelle den Reiz über diesen Fortsatz an ein oder mehrere andere Neuronen weitergibt, die ihn ihrerseits ebenfalls weiterleiten können. Die Information hinterlässt so charakteristische Spuren, wobei durch häufiges „Nachziehen“ dieser Spuren (Üben, Wiederholen) sich die Verbindungen (Synapsen) zwischen den betreffenden Zellenverstärken. Es entsteht ein bleibendes Muster, ein Engramm, d.h., die Information ist gespeichert, d.h., sie ist gelernt. Siehe dazu Lernen.
Axon sind physiologisch röhrenförmige, faserartige Fortsätze einer Nervenzelle, der meist nicht oder nur sehr wenig verzweigt ist, wobei die Verzweigungen als Kollaterale bezeichnet werden. Die Länge der Axone kann stark variieren, von wenigen Mikrometern bis weit über einem Meter. Ihr Durchmesser liegt zwischen 0,05 und 20 mm und bleibt über die gesamte Länge relativ konstant. Man unterscheidet myelinisierte und nichtmyelinisierte Axone.
Griswold et al. (2024) haben eine überraschende Entdeckung zur Struktur von Nervenzellen gemacht, die das bisheriges Verständnis der neuronalen Anatomie infrage stellt. Entgegen der gängigen Annahme, dass Axone glatte, röhrenförmige Strukturen sind, zeigte die Studie, dass sie in Mäusegehirnen eher einer Perlenkette ähneln. Diese außergewöhnliche Erkenntnis wurde durch den Einsatz einer innovativen Kryokonservierungstechnik ermöglicht, bei der die Gewebeproben in flüssigem Stickstoff eingefroren wurden. Dieses hochpräzise Verfahren erlaubte es, die natürliche Struktur der Nervenzellen deutlich detaillierter zu untersuchen als dies mit herkömmlichen Präparationsmethoden möglich gewesen wäre.
So konnte gezeigt werden, dass die nicht-myelinisierten Axone des Zentralnervensystems der Maus nicht-synaptische, nanoskopische Verdickungen, sogenannte Varicositäten, mit einem Durchmesser von etwa 200 Nanometern aufweisen. Diese Varicositäten erstrecken sich über die gesamte Länge der Axone und sind von einem dünnen, etwa 60 Nanometer dicken Kabel durchzogen, was dem Bild einer Perlenkette ähnelt. Computergestützte Simulationen deuten darauf hin, dass diese unerwartete Axon-Nano-Perlenstruktur durch die spezifischen mechanischen Eigenschaften der Zellmembran erklärt werden könnte. Die Forscher vermuten nun, dass diese morphologische Besonderheit einen Einfluss auf die Signalübertragung im Gehirn haben könnte. Tatsächlich zeigten Computermodelle und erste Experimente an Mäusenervenzellen, dass Axone mit dieser perlenartigen Struktur unter bestimmten Bedingungen Nervenimpulse schneller weiterleiten können als herkömmliche Axone. Die Studie deutet zudem auf eine mögliche Verbindung zwischen der Axonstruktur, Cholesterinspiegeln im Gehirn und neurologischen Erkrankungen wie Alzheimer hin.
Während einige Experten diese Ergebnisse als bahnbrechend ansehen, bleiben andere Wissenschaftler skeptisch. Sie vermuten, dass die beobachteten Strukturen möglicherweise Artefakte des Präparationsprozesses sein könnten. Weitere Forschung wird nötig sein, um die genauen Ursachen und Auswirkungen dieser faszinierenden neuronalen Mikrostruktur zu verstehen. Die jüngsten Erkenntnisse aus der Neurowissenschaft haben das Potenzial, unser bisheriges Verständnis von Gehirnfunktionen und neurologischen Erkrankungen fundamental zu verändern. Diese faszinierenden Beobachtungen werfen neue Fragen auf und eröffnen völlig neue Forschungsperspektiven. Insbesondere die Entdeckung bisher unbekannter Interaktionen zwischen verschiedenen Hirnregionen und Neurotransmittersystemen könnte unser Wissen über die Komplexität des menschlichen Gehirns erweitern. Zudem deuten Studien darauf hin, dass neuartige Behandlungsansätze für Erkrankungen wie Alzheimer, Parkinson oder Depressionen möglich sein könnten, wenn die zugrunde liegenden neurobiologischen Mechanismen besser verstanden werden.
Um diese vielversprechenden Erkenntnisse in klinische Anwendungen zu überführen, bedarf es jedoch noch intensiver Grundlagenforschung. Weitere systematische Untersuchungen sind notwendig, um die beobachteten Phänomene umfassend zu erklären, ihre Relevanz für die Praxis zu evaluieren und mögliche Risiken oder Nebenwirkungen zu identifizieren. Nur so kann sichergestellt werden, dass die bahnbrechenden Entdeckungen tatsächlich zu einem Durchbruch in der Behandlung von Hirnerkrankungen führen. Die Neurowissenschaft steht somit vor einer spannenden Zukunft voller Möglichkeiten, aber auch Herausforderungen. Interdisziplinäre Forschungsteams werden entscheidend dafür sein, das volle Potenzial dieser Erkenntnisse auszuschöpfen und das Verständnis der Funktionsweise des Gehirns in den kommenden Jahren weiter voranzubringen.
Literatur
Griswold, Jacqueline M., Bonilla-Quintana, Mayte, Pepper, Renee, Lee, Christopher T., Raychaudhuri, Sumana, Ma, Siyi, Gan, Quan, Syed, Sarah, Zhu, Cuncheng, Bell, Miriam, Suga, Mitsuo, Yamaguchi, Yuuki, Chéreau, Ronan, Valentin Nägerl, U., Knott, Graham, Rangamani, Padmini & Watanabe, Shigeki (2024). Membrane mechanics dictate axonal pearls-on-a-string morphology and function. Nature Neuroscience, doi:10.1038/s41593-024-01813-1.
Stangl, W. (2024, 3. Dezember). Die Struktur von Axonen. Psychologie-News.
https:// psychologie-news.stangl.eu/5496/die-struktur-von-axonen.