Nerven als «Pfadfinder»

Die Wachstumsrichtung von Nervenfasern wird von verschiedenen Faktoren bestimmt. Christa Rhiner vom Institut für Molekularbiologie der Universität Zürich versucht herauszufinden, welche Moleküle dabei eine Rolle spielen und wie die Signale von den Nervenfasern wahrgenommen werden. Unterstützt wird die Doktorandin dabei vom Forschungskredit der Universität Zürich.

Von Isabel Klusman

Christa Rhiner interessiert sich in ihrer Dissertation am Institut für Molekularbiologie für das Wachstum von Nervenfasern. (Bild: Isabel Klusman)

Nach Abschluss ihres Biologiestudiums in Bern entschied sich Christa Rhiner für eine Doktorarbeit am Institut für Molekularbiologie. Seit 18 Monaten betreibt sie unter der Leitung vonProfessor Michael Hengartner Grundlagenforschung. Eingebunden ist Rhiner für ihre Dissertation auch ins Zentrum für Neurowissenschaften Zürich, das ein PhD-Programm für Doktorierende anbietet und einen regen Austausch zwischen verschiedenen Gruppen ermöglicht. «Für mich ist es sehr wichtig, Kontakte zu anderen Gruppen zu knüpfen, da im Institut für Molekularbiologie ausser mir niemand am Nervensystem forscht», sagt Rhiner.

Fadenwurm als Modell

Während ihrer Diplomarbeit hatte Christa Rhiner mit Mäusen gearbeitet. Um die Entwicklung des Nervensystems zu untersuchen, verwendet sie jetzt den Modellorganismus des Fadenwurms Caenorhabditis elegans (C. elegans). Obwohl der Aufbau des Nervensystems ähnlich gesteuert wird wie bei Maus und Mensch, eignet sich der Wurm besser für die Suche nach neuen Genen. Der Fortpflanzungszyklus ist deutlich kürzer als bei der Maus und die Zucht ist allgemein weniger aufwändig, da der Wurm anspruchslos ist. Dadurch, dass sein Körper durchsichtig ist, kann man zudem prüfen, ob mit den Organen etwas nicht stimmt, ohne das Tier sezieren zu müssen.

Der ein Millimeter lange, durchsichtige Fadenwurm «C. elegans» besteht zwar nur aus rund 1000 Zellen, besitzt aber ein Nervensystem. Im Bild leuchten die Nervenfasern, die für die Motorik zuständig sind, grün (Bild: zVg)

Wandern, wachsen und verbinden

Rhiner versucht, im Wurm diejenigen Moleküle zu identifizieren, welche die Wachstumsrichtung der Nervenfasern während der frühen Entwicklung des Nervensystems bestimmen. Es sind vor allem drei Prozesse, die eine wichtige Rolle spielen. Zuerst wandern die Nervenzellen an ihren Bestimmungsort, dann wachsen die Fortsätze derNervenzellen (Axone) in die Richtung derZielzellen aus und schliesslich werden die Verbindungen (Synapsen) zu den Zielzellen hergestellt.

Die Axone werden auf ihrem Weg von gewissen Molekülen geleitet, die entweder eine abstossende oder eine anziehende Wirkung haben. Sie bestimmen darüber, wie lange ein Axon wird und in welche Richtung es wächst. In der Fachsprache spricht man von «pathfinding» (Wegfindung) und «axonguidance» (Axonorientierung).

Beim korrekten Auswachsen der Nervenfasern spielen Eiweisse mit hoch modifizierten Zuckerketten (Heparan Sulfat Proteoglycanen HSPGs) eine wichtige Rolle. Diese Eiweisse befinden sich auf der Oberfläche von Nervenzellen und bestimmen wahrscheinlich, welche Signale die auswachsenden Nervenzellen wahrnehmen und wie stark sie die Wachstumsrichtung der Zellfortsätze beeinflussen. Die Zuckerketten senden anziehende oder abstossende Signale aus. Ihre genaue Wirkung im lebenden Organismus ist allerdings noch unbekannt.

Normalerweise wachsen die Nervenfasern parallel nebeneinander aus (oben). Nach einer Mutation kann es passieren, dass parallel auswachsende Nervenfasern fusionieren (unten). (Bild: zVg)

Fusionieren statt wachsen

Um die genaue Wirkung der Eiweisse zu untersuchen, hat Rhiner genetisch veränderte Würmer hergestellt, denen ein bestimmtes Eiweiss (Syndecan) fehlt. Obwohl das Nervensystem in diesen «Knockout-Würmern» intakt ist, weisen einzelne Neuronengruppen Wachstums- und Orientierungsdefekte auf. So entdeckte Rhiner, dass es bei diesen Würmern zu Fehlern kommt beim Wandern der Nervenzellen oder im Auswachsen der Axone. Im letzteren Fall kann es passieren, dass Axone, die normalerweise die Mittellinie des Wurmkörpers überqueren, dies nicht tun und stattdessen mit einem parallel auswachsenden Axon fusionieren. Andere Axone kreuzen zwar die Mittellinie, werden aber nachher in die falsche Richtung gelenkt und erreichen die Zielzellen nicht.

«Konkurrenz schläft nicht»

Diese Resultate weisen darauf hin, dass das untersuchte Eiweiss eine bedeutende Rolle spielt bei der Wachstumsorientierung im Nervensystem. Weil derartige Eiweisse mit Zuckerketten in verschiedenen Spezies vorkommen, sind die Resultate der Forschung auch für andere Modellsysteme von Bedeutung.

Rhiner hofft, ihr erstes Manuskript bald in einer wissenschaftlichen Fachzeitschrift publizieren zu können: «Regulatoren des Nervenwachstums sind im Moment ein viel beachtetes Thema, die Konkurrenz schläft nicht». Obwohl es sich um Grundlagenforschung handelt, ist auch die therapeutische Forschung an neuen Erkenntnissen zur Signalübertragung beim Nervenwachstum interessiert.

Dank der Unterstützung des Forschungskredites konnte der Umfang des Projektes von Christa Rhiner ausgebaut werden. «Es war sehr motivierend, dass mein Projekt für interessant befunden wurde». In rund einem Jahr möchte Rhiner ihre Dissertation abgeschlossen haben. «Ich würde gerne weiter im Bereich Neurobiologie forschen und später einmal eine eigene Forschungsgruppe aufbauen.»

Dr. Isabel Klusman ist Koordinatorin bei Life Science Zürich.

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