Wenn der Türsteher in Nervenzellen zu viel durchlässt

Forscher der Universität Bonn entdecken einen neuen Mechanismus, der zur Epilepsie führt

Bei einer Epilepsie geraten die Nervenzellen aus ihrem gewohnten Takt. Daran sind auch Ionenkanäle beteiligt, die die Erregbarkeit von Nervenzellen entscheidend bestimmen. Ein Forscherteam unter Federführung der Universität Bonn hat nun einen neuen Mechanismus für die Beeinflussung von Ionenkanälen entdeckt, der möglicherweise für den Ausbruch des Krampfleidens mitverantwortlich ist: Wenn zu wenig Spermin vorhanden ist, kommt es zur einer Übererregbarkeit der Nervenzellen. Die Forscher hoffen, einen Ansatzpunkt für neue Therapien gefunden zu haben. Sie berichten im „The Journal of Neuroscience”.

In Deutschland leidet etwa jeder hundertste Mensch unter einer Epilepsie – immerhin jeder zwanzigste ist zumindest einmal im Leben von einem solchen Krampfanfall betroffen. Dazu kommt es, wenn viele Nervenzellen im Gehirn gleichzeitig feuern. Die Wissenschaft fahndet nach den Ursachen, die zu dieser gleichzeitigen Übererregung der Gehirnzellen führen. Forscher der Klinik für Epileptologie, des Instituts für Neuropathologie und des Instituts für Molekulare Psychiatrie haben nun zusammen mit dem Forschungszentrum Caesar und der Hebrew University (Israel) einen bislang unbekannten Mechanismus entschlüsselt, der an der Entwicklung einer Epilepsie beteiligt ist.

„Türsteher“ bestimmen, wie viele Natriumionen hereindürfen

Bei diesem Mechanismus spielen Natriumkanäle eine Schlüsselrolle. „Sie übernehmen bei der Erregung von Nervenzellfortsätzen und der Signalübertragung zwischen verschiedenen Zellen eine wichtige Rolle“, sagt Prof. Dr. Heinz Beck, der in der Experimentellen Epileptologie der Klinik für Epileptologie, am Life & Brain Zentrum und am Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) forscht. Natriumkanäle sind Schleusen, die Natriumionen durch winzige Poren durchlassen. Sie bestehen aus großen Eiweißkomplexen (Proteinen), die in den Membranen von Nervenzellen eingelagert sind. Wie eine Art Türsteher bestimmen sie, wie viele dieser Ionen hereindürfen und wie sich damit auch die Informationsübertragung zwischen den verschiedenen Zellen ändert. Die Wissenschaftler fanden eine starke Erhöhung eines bestimmten Natriumeinwärtsstroms, der die Erregbarkeit von Zellen im epileptischen Tier deutlich steigerte.

Deshalb verglichen Forscher um Prof. Beck zunächst die Natriumkanalproteine aus epileptischen Gehirnen mit denen aus gesunden. „Dabei zeigte sich aber keinerlei vermehrte Bildung von Natriumkanalproteinen, die hätte erklären können, wie es zu einer Übererregung von Nervenzellen kommt“, berichtet der Epileptologe. Das Forscherteam wurde nach langer Suche bei einer ganz anderen Stoffgruppe fündig: den Polyaminen. Dazu gehört auch das Spermin, das in Zellen gebildet wird und sich von innen in die Poren der Natriumkanäle einlagern kann. In diesem Fall wird der Einstrom an Natriumionen gebremst und die Erregung der Nervenzelle wird gedämpft.

Durch Spermingaben wurde die Übererregung gedämpft

Die Wissenschaftler untersuchten, wieviel von der anfalldämpfenden Substanz in Nervenzellen von Ratten vorkommt, die unter einer Epilepsie litten, und verglichen die Werte mit gesunden Tieren. „Die Menge an Spermin in den Zellen des Hippocampus war bei den kranken Tieren gegenüber den gesunden deutlich reduziert“, berichten die Erstautoren Dr. Michel Royeck, Dr. Tony Kelly und Dr. Thoralf Opitz aus Prof. Becks Team. Diesen wichtigen Befund prüften die Forscher, indem sie den Mangel in den Nervenzellen epileptischer Ratten durch Gabe von Spermin kompensierten. Daraufhin wurde die Erhöhung von Natriumströmen rückgängig gemacht.

Offenbar wird der geringere Gehalt an Spermin in den epileptischen Rattengehirnen durch Hochregelung der Spermidine/spermine-N(1)-acetyltransferase verursacht. Das Enzym baut das für die Steuerung der Natriumkanäle wichtige Spermin verstärkt ab. Dieses Ergebnis könnte nach den Einschätzungen der Wissenschaftler ein potenzieller Ansatzpunkt für neuartige Epilepsietherapien sein. „Wenn es gelingen würde, die Acetyltransferase mit einem Wirkstoff in ihrer Aktivität etwas zu bremsen, könnten der Sperminmangel und damit die Symptome der Epilepsie gemildert werden“, blickt Prof. Beck in die Zukunft. Von konkreten therapeutischen Anwendungen sei man jedoch noch weit entfernt.

Publikation: Downregulation of Spermine Augments Dendritic Persistent Sodium Currents and Synaptic Integration after Status Epilepticus, The Journal of Neuroscience, DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0493-15.2015

Quelle: Universität Bonn

So sieht eine Nervenzelle aus dem Hippocampus einer Ratte aus:
Die Zelle und ihre Ausläufer sind mit einem Fluoreszenzfarbstoff gefüllt, der die Strukturen blauviolett leuchten lässt. Die Glaspipette, über die der Farbstoff in die Zelle gelangt, ist von links auf den Zellkörper aufgesetzt.
(c) Foto: AG Heinz Beck/Uni Bonn