Neurowissenschaftliche Studie enthüllt, dass es möglicherweise einen Auslöser für Hirnanfälle gibt

Das Gehirn ist ein Präzisionsinstrument. Ihre Funktion hängt von einer fein kalibrierten elektrischen Aktivität ab, die die Freisetzung chemischer Botschaften zwischen Neuronen auslöst.

Aber manchmal wird das sorgfältige Gleichgewicht des Gehirns außer Kontrolle geraten, wie bei der Epilepsie. Die Elektroenzephalographie (EEG) visualisiert die elektrische Aktivität eines Gehirns und kann zeigen, wie ein epileptischer Anfall vom vorhersagbaren Wellenmuster einer typischen Gehirnaktivität abweicht.

Aber die Medizin hat noch keine Lösung für die Epilepsie. Es gibt nur eine begrenzte Möglichkeit, einen Anfall vorherzusagen, und es gibt keine Möglichkeit, einzugreifen, selbst wenn Sie vorhergesagt haben. Obwohl Arzneimittel für Menschen verfügbar sind, die sich mit Epilepsie befassen, sind sie mit Nebenwirkungen behaftet und wirken nicht für alle.

Wenn ich an einem Problem in meinem Neurowissenschaftslabor arbeite, wenn ich aufhöre, mir vorzustellen, wie erschreckend es sein könnte, mit einem auf diese Weise außer Kontrolle geratenen Gehirn zu leben, motiviert es mich wirklich. Könnte es einen Weg geben, die Kontrolle über diese Schurken zurückzugewinnen? Ich habe mich darauf konzentriert, wie ein bestimmtes Kompartiment in jeder Gehirnzelle uns dabei helfen kann.

Ein Override-Schalter für Gehirnaktivität

Schon als Student war ich fasziniert von einem Teil des Neurons, dem Axon-Anfangssegment. Jedes Neuron enthält dieses kleine Kompartiment. Hier „entscheidet“ ein Neuron, ein elektrisches Signal auszulösen und eine chemische Nachricht an die nächste Zelle zu senden.

Es gibt hier spezielle Verbindungen, die eine starke Kontrolle ausüben können; Sie können die eigene „Entscheidung“ der Zelle über das Abschießen außer Kraft setzen. Dieser Kontrollmechanismus existiert, um die Gehirnaktivität zu organisieren oder zu strukturieren - eine Voraussetzung für einen Großteil unseres Verhaltens.

Um beispielsweise einschlafen zu können, muss sich Ihre Gehirnaktivität in eine langsame Oszillation abkühlen. Im Gegensatz dazu erfordert eine scharfe Konzentration auf ein Problem, dass das Muster aufgenommen wird, wodurch eine schnelle Oszillation erzeugt wird. Die Unfähigkeit, diese Muster der Gehirnaktivität zu erzeugen und zu regulieren, ist auf zahlreiche Störungen des Gehirns zurückzuführen.

Wenn die Axon-Anfangssegmente zahlreicher Neuronen alle gleichzeitig ein Stummschaltsignal empfangen, führt dies zu einem Tiefpunkt im Wellenmuster des EEG. Dies bedeutet, dass es die Gehirnaktivität beruhigt, was unter normalen Bedingungen nützlich ist, wenn Sie sich zwischen entspanntem Wachzustand und Schlafzustand bewegen.

Wenn die Forscher die Kraft dieser hemmenden Verbindungen nutzen könnten, könnten wir das Aktivitätsmuster des Gehirns möglicherweise jederzeit zurücksetzen. Es könnte eine Möglichkeit sein, die Kontrolle in einem epileptischen Gehirn zu überwinden.

Moleküle, die die Botschaft vermitteln

Um zu verstehen, wie man diese Kraft des Axon-Anfangssegments regulieren kann, mussten meine Kollegen und ich zuerst die molekularen Partnerschaften an diesen Verbindungen verstehen. Damit die Inhibierung am Anfangssegment des Axons wirksam ist, muss die richtige Ausrüstung vorhanden sein, um das Signal zu empfangen. Im Falle einer Hemmung im Gehirn ist dieses Gerät der GABA A-Rezeptor.

Mit den Kooperationspartnern Hans Maric und Hermann Schindelin haben wir eine enge und exklusive Partnerschaft zwischen zwei Proteinen - der GABA-A-Rezeptor-α2-Untereinheit und Collybistin - identifiziert. Wenn man die enge Beziehung zwischen diesen beiden Molekülen herausfindet, werden einige offene Fragen über die Interaktion von Proteinen an hemmenden Kontaktstellen beantwortet. Wir wussten, dass sich die α2-Untereinheit des GABA-A-Rezeptors im Axon-Anfangssegment befindet, aber die Forscher verstanden nicht, wie sie dorthin gelangt oder dort aufbewahrt wird. Collybistin könnte der Schlüssel sein.

Nun dachten wir, dass diese beiden Proteine ​​im Axon-Anfangssegment zusammenarbeiten könnten. Um es weiter auszudrücken, wollten mein Postdoc-Mentor Stephen Moss und ich wissen, welche Konsequenzen dies für die Verbindungen im Axon-Anfangssegment haben kann und wie das Gehirn letztendlich funktioniert. Um das herauszufinden, haben wir eine genetische Mutation geschaffen, die dazu führte, dass sich die beiden Proteine ​​nicht verbinden konnten.

Neuronen von Mäusen mit dieser Mutation verloren tatsächlich hemmende Verbindungen auf das Axon-Anfangssegment. Die hemmenden Verbindungen zu anderen Teilen der Gehirnzellen blieben intakt, was erneut die Idee unterstützte, dass diese Proteinpartnerschaft exklusiv ist und im Axon-Anfangssegment besonders wichtig ist.

Mäuse mit dieser Mutation erleben während der Entwicklung Anfälle. Wenn sie zu Erwachsenen heranwachsen, zeigen diese Mäuse keine Anfallserscheinungen mehr. Bei einigen Formen der pädiatrischen Epilepsie können Kinder auch ihre Anfälle überwinden. Diese Mutation ist daher äußerst wertvoll, um ein mögliches Modell für die pädiatrische Epilepsie beim Menschen bereitzustellen. Wir hoffen, auf diese Weise können wir besser verstehen, was im Gehirn während der Epilepsie passiert, und auch bessere Therapien entwickeln und testen, wie etwa den von AstraZeneca entwickelten Wirkstoff, dessen Wissenschaftler ebenfalls zu diesem Projekt beigetragen haben.

Ein quantitativer aber früher Schritt

Neurowissenschaftler haben lange über die Partnerschaft zwischen dem GABA-A-Rezeptor und Collybistin spekuliert. Nun unsere Ergebnisse, die kürzlich in veröffentlicht wurden Nature Communications definieren Sie es quantitativ.

Während wir wissen, dass GABA-A-Rezeptoren - die auf den Neurotransmitter GABA ansprechen - die inhibitorischen Signale steuern, wissen wir immer noch, wie alles funktioniert. Die GABA-Signalisierung ist vielfältig. Es gibt verschiedene Verbindungstypen, die das Zellfeuer eindeutig steuern - etwas anderes müssen wir zum Verständnis anstellen. Eine Störung der GABA-Signalisierung ist neben Epilepsie auch bei einer Reihe anderer Erkrankungen des Gehirns involviert.

Das ultimative Ziel dieser Forschung ist es, Behandlungen zu entwerfen, die möglicherweise hemmende Verbindungen am Anfangssegment des Axons steuern können. Wir möchten die Verantwortung für diesen Schalter übernehmen, der in der Lage ist, den außer Kontrolle geratenen neuronalen Zündvorgang während eines epileptischen Anfalls zu deaktivieren.

Ich stelle mir das Leben mit Epilepsie vor, und ich stelle mir auch das Leben ohne sie vor.

Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation von Rochelle Hines veröffentlicht. Lesen Sie hier den Originalartikel.