Forscher entschlüsseln Netzwerk des Nucleus suprachiasmaticus

Santa Barbara – Forscher um Linda Petzold von der University of California konnten die morphologische und funktionelle Struktur des lebenswichtigen Nucleus suprachias­maticus im Hypothalamus näher charakterisieren. In Proceedings of the National Academies of Science beschrieb die Arbeitsgruppe ihr Vorgehen (doi:10.1073/pnas.1521178113).

Wie der Name des Nervenkerns bereits nahe legt, befindet er sich über dem Chiasma Opticum. Der Nucleus suprachiasmaticus erhält sensorische Informationen von der Retina und steuert zirkadiane Rhythmen des vegetativen Nervensystems. Schlafrhythmus, Insulinsensitivität, Körpertemperatur, Hormonhaushalt und viele andere Körperfunktionen werden durch diesen Taktgeber im Gehirn mitgesteuert. Das Verständnis für die Funktion dieses Nervenkerns ist essenziell. Störungen der zirkadianen Rhythmik können beispielsweise metabolische Erkrankungen und psychische Störungen auslösen.

Die genaue Organisation und Funktionsweise des Nukleus war bisher unbekannt. Neben den zahlreichen afferenten und efferenten Verarbeitungsprozessen, die der Nucleus leisten muss, zeigen die Nervenzellen selbst eine rhythmische Spontanaktivität. Diese erzeugt ein hohes neuronales Grundrauschen. Die Spontanaktivität erschwert eine elektrophysiologische Analyse des Nervengebietes wesentlich.

Die Forscher der Studie nutzten daher das Nervengift Tetrodotoxin, welches spannungs­abhängige Natriumkanäle blockiert. Das Gift kommt natürlicherweise in Kugelfischen vor. Durch das Toxin konnten die Forscher das neuronale Grundrauschen in entsprechenden Gewebeproben reduzieren. Sie neutralisierten in einem zweiten Schritt das Gift und beobachteten die Wiederaufnahme der elektrischen Grundaktivität.

Es zeigte sich, dass im Zentrum des bilateral angelegten Kerngebietes die erste Resynchronisierung der Nervenaktivität erfolgte. Die Zentren des linken und rechten Nukleus haben dabei als Einheit den elektrischen Grundrhythmus vorgegeben. Die Schalen der Kerne schienen demgegenüber weniger stark synchronisiert zu sein. In ihnen zeigte sich ein weniger geordnetes Aktivitätsmuster.

In einem gesunden Gehirn oszillieren Schale und Kern des Nucleus in einem harmonischen Grundrhythmus. Bei Störungen des Tag- und Nachtrhythmus, kann es zu einer funktionellen Trennung von Kern- und Schalengebiet kommen. Bisher hatten die Forscher angenommen, dass in der Schale der elektrische Grundrhythmus vorgegeben wird. Die aktuellen Ergebnisse sprechen jedoch für das genaue Gegenteil.

hil