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Claudia Stürmer: Wachstum und Regeneration von Nervenfasern

Das Wachstum von Axonen – den langen, faserartigen Fortsätzen von Nervenzellen – wird einerseits durch sogenannte Neuron-intrinsische Eigenschaften und andererseits durch wachstumsfördernde und ‑hemmende Moleküle in ihrer Umgebung gesteuert. Während im Zentralnervensystem von Säugetieren, also auch des Menschen, verletzte Axone nicht nachwachsen, können sie in Fischen regenerieren. Die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Claudia Stürmer beschäftigt sich an der Universität Konstanz mit der Frage, wie Axone während ihres Wachstums den Weg in ihr Zielgebiet finden. Das von Tierseuchen wie BSE bekannte Prion-Protein hat bei der Entwicklung von Nervenfasern eine Wirkung.

Prof. Dr. Claudia Stürmer erforscht an der Universität Konstanz Wachstum und Regeneration von Nervenfasern. © Privat

Die Frage nach dem Wachstum von Axonen setzt an bei ihren Wachstumskegeln, also den ‚Growth Cones‘. Über einen monoklonalen Antikörper, der vor etwa 20 Jahren gewonnen werden konnte, sind die sogenannten ‚Reggie‘-Proteine ‚Reggie‑1‘ und ‚Reggie‑2‘ gefunden worden. Der Name leitet sich von ihrer Rolle in einem Regenerations-Prozess ab, da beide, ‚Reggie‑1‘ wie ‚‑2‘, nach Verletzungen des Sehnervs im Sehsystem von Fischen in ihrer Expression ‚hochreguliert‘ bzw. re‑exprimiert werden. „Inzwischen wissen wir, dass die beiden Proteine in allen wachsenden Axonen sowie den Neuronen, von denen sie stammen, in hoher Konzentration vorhanden sind, das heißt wann immer ein Neuron ein Axon aussendet, hält es die Expression von ‚Reggie‑1‘ und ‚‑2‘ hoch“, so Claudia Stürmer, Inhaberin des Lehrstuhls für Entwicklungs­neurobiologie an der Universität Konstanz.

In erwachsenen Säugetieren können Neuronen des Zentralnervensystems nach Verletzung von Axonen ‚Reggie‘-Proteine nicht – oder nicht im notwendigen Ausmaß – produzieren. Neuronen im Zentralnervensystem von Fischen hingegen können dies, insbesondere auch die Ganglien-Zellen der Retina, die den Sehnerv bilden. „Sie produzieren die sogenannten ‚Reggie‘-Proteine in höchstmöglicher Konzentration, können daher Wachstumskegel neu bilden und nachfolgend ihre Axone regenerieren“, erläutert Stürmer. Ein auf entsprechende Weise vorübergehend erblindeter Fisch erlangt so seine ganz normale Sehfähigkeit zurück.

Ohne ‚Reggie‘-Proteine keine Regeneration

Anreicherung von ‚Reggie-1‘ in Ganglienzellen der Retina führt zu beschleunigter Entwicklung von Wachstumskegeln und Filopodien, die in einer für Mikrodomänen charakteristischen, punktweisen Verteilung auftritt. © Lang et al., Journal of Neurobiology, 1998

In Experimenten im lebenden Fisch sowie parallel dazu in Kulturbedingungen ist die Re-Expression der ‚Reggie‘-Proteine herunterreguliert bzw. unterdrückt worden – was zum Verlust der Regenerations­fähigkeit geführt hat: „Kurzum, die betroffenen Neuronen können keine ‚Growth Cones‘ mehr bilden und somit keine Axone aussenden“, berichtet Claudia Stürmer. „Inzwischen wissen wir, dass die ‚Reggie‘-Proteine essenziell sind für einen Prozess, der sozusagen ‚Material‘, also Membran und Proteine, ins wachsende Axon und an die Spitze der Growth Cones transportiert.“ Die ‚Reggie‘-Proteine steuern damit grundlegende Prozesse des Wachstums, „übrigens nicht nur im Neuron, sondern quasi in allen Zellen, die polarisieren“ betont Stürmer.

Populäre Gesellschaft der ‚Reggies‘: Das Prion-Protein – und ‚Nogo‘

Auch die Wirkungen anderer Proteine auf das Axon-Wachstum werden untersucht. Dem aufgrund von Prionen-Erkrankungen wie der gemeinhin als ‚Rinderwahn‘ bekannten bovinen spongiformen Enzephalopathie (BSE) berühmt-berüchtigten Prion-Protein schenken die Konstanzer Wissenschaftler aufgrund seiner Interaktion mit den ‚Reggie‘-Proteinen Aufmerksamkeit: es trägt zur Beschleunigung des Axon-Wachstums bei. Vom Protein ‚Thy‑1‘ ist bislang bekannt, dass es ebenfalls mit den ‚Reggie‘-Proteinen interagiert, wobei die entsprechenden Auswirkungen auf das Axon-Wachstum bislang noch nicht geklärt werden konnten. Dagegen ist das von Prof. Dr. Martin E. Schwab in Zürich identifizierte ‚Nogo‘ als ein potenter Inhibitor des Axon-Wachstums in dessen Umgebung ausgemacht. ‚Nogo‘ ist unter anderem für den Verlust der Regenerationsfähigkeit von Axonen in Säugetieren – also auch im Menschen – verantwortlich. Da Axone in Fischen erfolgreich regenerieren können, hat die Frage nahegelegen, ob ‚Nogo‘ im Fisch-Gehirn nicht vorhanden sei. „Inzwischen wissen wir, dass im Sehsystem von Fischen eine verkürzte Form von ‚Nogo‘ vorliegt, und dass es dort Regeneration nicht blockiert“, erläutert Stürmer.

‚Reggie-1‘ und ‚Reggie-2‘ entlang von Plasma-Membranen und in intrazellulären Räumen.
‚Reggie-1‘ und ‚Reggie-2‘ entlang von Plasma-Membranen und in intrazellulären Räumen. © Lang et al., Journal of Neurobiology, 1998

Zur Person

Wie Growth Cones durch Lenkungsmoleküle gelenkt oder auch zum Kollaps gezwungen werden können, fasziniert Claudia Stürmer seit sie erstmals bei einem Besuch des Tübinger Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie bei Prof Dr. Friedrich Bonhoeffer die Spitzen wachsender Axone ‚live‘ in Zeitraffervideo­mikroskopie hat beobachten können. 1978 hat Stürmer am Institut für Biologie III bei Prof. Dr. José Campos-Ortega zur Regeneration von Axonen in Fisch-Sehsystemen promoviert. Die weitere Beschäftigung mit der Frage, wie Axone den Weg in ihr Zielgebiet finden und weshalb sich Axone im Sehsystem von Fischen regenerieren können, hat sie über einen Postdoc-Aufenthalt bei Prof. S. S. Easter in Ann Arbor (Michigan, U.S.A.) und das Tübinger Max-Planck-Institut nach Konstanz geführt, wo sie seit 1991 den Lehrstuhl für Entwicklungsneurobiologie innehat.

Neu identifiziertes Gen gibt Aufschluss zur evolutionären Entwicklung

Untersuchungen der Konstanzer Forscher zu Unterschieden in der Wirkung interessierender Proteine haben zu weiteren Einsichten geführt: Das Protein ‚RTN‑4/Nogo‘ in Fischen ist gegenüber ‚RTN‑4/Nogo‘ in Säugetieren verkürzt, wobei ihm hauptsächlich die inhibierende ‚Nogo‑A‘-spezifische Domäne fehlt. Vor kurzem ist es gelungen, ein zweites Gen im Fisch zu identifizieren – ‚RTN‑6‘ –, das aus einer Genduplikation hervorgegangen ist und welches die ‚Nogo‑A‘-spezifische Domäne aufweist. Die Wirkweise dieses Proteins wird derzeit zu charakterisieren versucht, die Ergebnisse dieser Untersuchung stehen noch aus und werden mit Spannung erwartet. „Die Identifizierung von RTN‑6 hat es uns aber inzwischen erlaubt, die evolutionäre Herkunft von ‚Nogo‑A‘ der Säugetiere zu bestimmen!“, betont Claudia Stürmer.

Wichtige Ansätze für die Neurologie

Den Erkenntnissen über die Funktion der ‚Reggie‘-Proteine kommt potenziell große Bedeutung in der Neurologie zu. Die Arbeitsgruppe von Prof. Stürmer kooperiert daher bereits mit Prof. Dr. Bähr und seinen Mitarbeitern an der Neurologischen Universitätsklinik in Göttingen. Die gemeinsamen Anstrengungen haben schon zur Einsicht geführt, dass sich Axone im Sehsystem von Ratten nach Verletzung regenerieren können, wenn in ihren Ganglienzellen mittels viraler Vektoren die ‚Reggie-Expression‘ induziert worden ist. „Es bietet sich also an, entsprechende Experimente in anderen Bereichen des Zentralnervensystems durchzuführen, um durch ‚Reggie‘-Expression Regeneration zu fördern“, folgert Claudia Stürmer.

Seiten-Adresse: https://www.gesundheitsindustrie-bw.de/fachbeitrag/aktuell/claudia-stuermer-wachstum-und-regeneration-von-nervenfasern