Molekularer Schalter für Gedächtnis und Sucht

Lernen und Gedächtnisbildung basiert auf der Entstehung neuer Verbindungen zwischen Nervenzellen im Gehirn. Auch Verhaltensweisen wie Nikotinsucht manifestieren sich in langfristigen Veränderungen neuronaler Verschaltungen und können – zumindest in dieser Hinsicht – als eine Form des Lernens betrachtet werden.

Ein Team um Pierluigi Nicotera, wissenschaftlicher Vorstand des Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE), in Zusammenarbeit mit Laboratorien am MRC, Großbritannien und der Universität von Modena, Italien, haben nun einen molekularer Schalter entdeckt, der eine entscheidende Rolle bei der Entstehung von Suchtverhalten und bei der Gedächtnisbildung spielt. Die Ergebnisse können zur Entwicklung neuer Strategien und Behandlungsmethoden bei Gedächtnisverlust oder Suchtverhalten beitragen. Die Studie wird am 26. November in der wissenschaftlichen Zeitschrift EMBO Journal publiziert.

Neuronale Signale werden zwischen Nervenzellen in Form von chemischen Verbindungen, genannt Neurotransmitter, übertragen. Diese Signalübertragung ist ein erster Schritt und die Voraussetzung für jeden Lernprozess im Gehirn. Sie induziert eine Reihe von Ereignissen in der nachgeschalteten Zelle, die schließlich zu „neuronaler Plastizität“, der Veränderungen der neuronalen Verbindungen führen und somit Gelerntes im Gehirn festigen. Auch Nikotin oder Kokain können in gleicher Weise die Modifikation neuronaler Verbindungen im Gehirn auslösen.

Beim ersten Schritt in der Bildung neuer Verbindungen im Gehirn spielt Kalzium eine wesentliche Rolle. Wenn eine Nervenzelle ein Neurotransmittersignal empfängt oder mit Nikotin oder Kokain in Verbindung kommt, erhöht sich die Kalzium-Konzentration im Bereich der Synapse, der neuronalen Kontaktstelle. In einem zweiten Schritt induziert dieser Kalzium-Anstieg Genexpression – die Synthese von Proteinen, die zur Neubildung oder Verstärkung synaptischer Verbindungen führt. Bisher sind Wissenschaftler davon ausgegangen, dass die Erhöhung der Kalziumkonzentration nur beim ersten Schritt in diesem Prozess eine Rolle spielt und nicht von Genexpression abhängt. Pierluigi Nicotera und seine Kollegen stellen diese Annahme nun in Frage. In ihrer Studie zeigen sie, dass die wiederholte Gabe von Nikotin oder Kokain die Expression von Genen, die an der Kalzium-Regulation beteiligt sind, induziert und dass diese Genexpression für die Plastizität der Nervenzellen essentiell ist.

Die Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die Gabe von Nikotin in Mäusen die Expression eines Gens namens Typ-2-Ryanodin-Rezeptor (RyR2) hervorruft. Das RyR2-Protein ist bei der Freisetzung von Kalzium aus einem internen Kalzium-Speicher der Zelle, dem endoplasmatischen Retikulum, beteiligt. Eine erhöhte RyR2-Aktivität führt zu einer dauerhaften Anhebung des Kalzium-Signals und setzt damit Prozesse der neuronalen Plastizität in Gang. Vor allem in der Hirnrinde und dem ventralen Mittelhirn – Hirnareale, die mit Kognition und Suchtentwicklung in Verbindung gebracht werden – wird die RyR2-Synthese angeregt, was darauf hinweist, dass RyR2 bei diesen Prozessen eine zentrale Rolle spielt. Dies konnten die Autoren der Studie in einem weiteren Experiment bestätigen: Sie zeigten, dass eine Herabsetzung der RyR2-Aktivität in lebenden Tieren Lernvorgänge, Gedächtnisbildung und die Entwicklung von Suchtverhalten verhindert. RyR2 ist also absolut notwendig, um langfristige Veränderungen im Gehirn zu manifestieren.

Diese Erkenntnisse sind ein wichtiger Schritt in der Erforschung von Gedächtnisbildung und Suchtverhalten. Auf lange Sicht, so hoffen die Wissenschaftler, werden die Ergebnisse zur Entwicklung von Therapien für die Behandlung von Suchterkrankungen oder zu neuen Strategien zur Behebung von Gedächtnisverlust bei neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer beitragen.

Originalveröffentlichung:
Elena Ziviani, Giordano Lippi, Daniele Bano, Eliana Munarriz, Stefania Guiducci, Michele Zoli, Kenneth W Young and Pierluigi Nicotera. Ryanodine receptor-2 upregulation and nicotine-mediated plasticity. EMBO Journal, Online publiziert am 26.11.2010. doi: EMBOJ.2010.279
Kontakt:
Prof. Pierluigi Nicotera
Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen e. V. (DZNE)
Ludwig-Erhard-Allee 2
53175 Bonn, Germany
Tel: +49 228 43302 100
Email: pierluigi.nicotera@dzne.de
Dr. Katrin Weigmann
Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen e. V. (DZNE)
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