Immunsystem steuert im Fischhirn Neubildung von Nervenzellen

Im Zebrafisch neuer Regenerationsmechanismus nach schweren Gehirnverletzungen entschlüsselt

Dresden. Verletzungen des menschlichen Gehirns und Rückenmarks rufen eine Entzündungsreaktion hervor. Seit Jahrzehnten wird in der Medizin darüber diskutiert, ob die Reaktion des Immunsystems nach Verletzungen des zentralen Nervensystems eher den Heilungsprozess fördert oder diesen verhindert. Erstmalig haben Regenerationsforscher des DFG-Forschungszentrums für Regenerative Therapien Dresden – Exzellenzcluster an der TU Dresden (CRTD) am Modell des Zebrafischs nachgewiesen, dass die Entzündungsreaktion beim Fisch notwendig ist, damit sich Nervenzellen nach Gehirnverletzungen überhaupt neu bilden. Hiermit haben sie einen neuen Mechanismus identifiziert, der die Regeneration des Zebrafischgehirns durch neurale Stammzellen steuert. Die Gehirne von Mensch und Zebrafisch unterscheiden sich zwar oberflächlich betrachtet hinsichtlich Größe und Aussehen, sind aber neuroanatomisch und genetisch bedingt durch die evolutionäre Abstammung verwandt. (Science 2012, DOI 10.1126.science.1228773)

Bereits im November 2011 konnte die Arbeitsgruppe des Dresdner Regenerationsforschers Professor Michael Brand zeigen, dass erwachsene Zebrafischgehirne nach einer Verletzung regenerieren können – eine phantastische Fähigkeit, die Gehirne von Säugetieren leider nicht besitzen. Die Forscher konnten insbesondere die Stammzellen identifizieren, die für die Neubildung von Nervenzellen nach Gehirnverletzungen im erwachsenen Zebrafisch verantwortlich sind. Die Wissenschaftler zeigten damals auch, dass im Zebrafischgehirn, ebenso wie in Säugetieren, eine starke Entzündungsreaktion kurz nach der Verletzung auftritt. Bei Fischen führt dies jedoch nicht zu einer chronischen Narbenbildung, welche beim Menschen die Selbstheilung des Gehirns verhindert (Development 2011, DOI 10.1242/dev.072587). Hier knüpft nun die aktuell in Science publizierte Forschungsarbeit an. „Im ersten Schritt haben wir in Zebrafischen Entzündungen durch Injektionen von Hefepartikeln erzeugt, ohne dabei das Gehirn zu verletzen“, berichtet Michael Brand. Wie verhalten sich danach die radialen Gliazellen, die als neuronale Stammzellen bei Gehirnverletzungen in Zebrafischen Nervenzellen neu bilden? Tatsächlich werden die Gliazellen durch die Hefepartikel angeregt, die Produktion von neuen Nervenzellen wie bei einer Gehirnverletzung  stark zu erhöhen.

Dexamethason wird in Medikamenten bei Entzündungen im menschlichen Körper standardmäßig als entzündungshemmend und dämpfend auf das Immunsystem eingesetzt. Diesen Wirkstoff haben die Forscher dem Wasser zugesetzt, in dem Zebrafische gehalten wurden, deren Gehirn vorher verletzt wurde, um somit Entzündungen zu unterdrücken. Die radialen Gliazellen wurden nun nicht aktiviert und bildeten trotz der Gehirnverletzungen nicht mehr neue Nervenzellen. Das war der wissenschaftliche Beweis dafür, dass die Entzündungsreaktion notwendig ist, um überhaupt den Prozess der vermehrten Neubildung von Nervenzellen in Gang zu setzen.

Wie kommt es zur Aktivierung der neuralen Stammzellen im Gehirn des Zebrafischs durch das Immunsystem? Wie sind die Signalwege? „CysLT1-LTC4, ein Lipidrezeptor, regt als Signalmolekül die neuronalen Stammzellen im Fischgehirn an, neue Nervenzellen zu bilden“, fand Nikos Kyritsis, Doktorand in der Dresdner Arbeitsgruppe von Professor Brand, heraus und identifizierte somit den molekularen Mechanismus der Stammzellaktivierung. Denn die Injektion des Lipids in gesunde Fische aktivierte die Nervenzellproduktion.

In den Gehirnen von erwachsenen Zebrafischen entstehen lebenslang neue Nervenzellen, die dauerhaft verlorene Nervenzellen ersetzen können.

Gene und molekulare Mechanismen sind  zwischen Fisch und Mensch aufgrund der gemeinsamen evolutionären Abstammung hoch konserviert. Der kleine Fisch ist so als Modellorganismus bestens geeignet, auch genetischen Grundlagen menschlicher Krankheiten auf die Spur zu kommen. Das Wissen um deren Regenerationsmechanismen könnte in Zukunft dazu beitragen, neue therapeutische Ansätze bei Krankheiten und Verletzungen des Gehirns zu entwickeln.