Gliazellen unterstützen räumliches Lernen

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Bonn – Gliazellen im Gehirn haben offenbar nicht nur Stütz- und Haltefunktionen sowie Aufgaben bei der Myelinbildung und im Stoffwechsel – einige von ihnen spielen auch eine wichtige Rolle beim räumlichen Lernen. Das berichtet eine internationale Arbeitsgruppe, an der auch das Deutsche Zentrum für Neurodege­nerative Erkrankungen (DZNE) beteiligt war. Die Arbeit ist im Fachmagazin Nature Communications erschie­nen (2022, DOI: 10.1038/s41467-022-35620-8).

Die Arbeitsgruppe hat für ihre Studie spezielle Neuronen im Hippocampus von Nagetieren untersucht – die Ortszellen. Im Hippocampus der Maus gibt es davon rund eine Million. Ortszellen verfügen über lange dendritische Ausläufer. An ihnen laufen Informationen der Sinnesorgane zur Orientierung im Raum ein.

„Wenn an vielen benachbarten Synapsen zur selben Zeit Signale eingehen, dann bildet sich im Dendrit ein starker Spannungspuls – ein sogenannter dendritischer Spike“, erläutert Kirsten Bohmbach aus der Arbeitsgruppe. Diesen Vorgang bezeichnen die Wissenschaftler als dendritische Integration: Nur wenn eine ausreichende Anzahl von Synapsen gleichzeitig aktiv ist, entsteht der Spike. Solche Spikes wandern in Richtung Zellkörper und können dort einen weiteren Spannungsimpuls auslösen – ein Aktionspotenzial.

Ortszellen erzeugen in regelmäßigen Abständen Aktionspotenziale. Die Geschwindigkeit, in der sie das tun, kann stark variieren. Wenn sich Mäuse in einer neuen Umgebung orientieren, schwingen sich ihre Ortszellen jedoch stets in einem speziellen Rhythmus ein – sie erzeugen dann fünf bis zehn Spannungspulse pro Sekun­de. Dieser Rhythmus bewirkt, dass die Nervenzellen bestimmte Botenstoffe abgeben.

Hier kommen laut der Arbeitsgruppe die Gliazellen ins Spiel, genauer die Astrozyten: Sie verfügen über Sen­soren, an die diese Botenstoffe andocken. Daraufhin geben sie ihrerseits eine Substanz namens D-Serin ab.

„Das D-Serin wandert dann zu den Dendriten der Ortszellen“, erklärt Kirsten Bohmbach aus der Arbeitsgruppe. Dort sorge es dafür, dass die dendritischen Spikes leichter entstehen könnten und zudem deutlich kräftiger ausfielen. Wenn Mäuse im Orientierungsmodus seien, fälle es ihnen dadurch leichter, neue Orte abzuspeichern und wiederzuerkennen.

Die Astrozyten fördern also die dendritische Integration. „Sie regulieren, wie empfindlich Nervenzellen auf eine spezifische Kombination von Merkmalen reagieren“, erläuterte Christian Henneberger vom Institut für zelluläre Neurowissenschaften am Universitätsklinikum Bonn. Als die Wissenschaftler die Hilfe der Astrozyten in Mäusen unterbanden, erkannten diese Orte seltener wieder.

Dies galt aber nicht für Orte, die besonders relevant waren, etwa weil von ihnen eine potenzielle Gefahr ausging: Diese wurden von den Tieren weiterhin gemieden. „Der von uns entdeckte Mechanismus steuert also die Schwelle, ab der Ortsinformationen abgespeichert oder wiedererkannt werden“, so der Wissenschaftler.

Die Ergebnisse gewähren laut der Arbeitsgruppe einen neuen Einblick in die Arbeitsweise und Steuerung des Gedächtnisses. An der Arbeit waren neben Universität und Universitätsklinikum Bonn das Deutsche Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) sowie das University College London beteiligt. © hil/aerzteblatt.de