Astrozyten im Fokus der Epilepsieforschung

Bei einem epileptischen Anfall entladen sich plötzlich und synchron eine große Zahl von Nervenzellen im Gehirn. Diese Überaktivität führt oft zu unwillkürlichen starken Bewegungsstörungen, das heißt zu einem einzelne Muskelgruppen, oft aber auch große Teile des Körpers betreffenden Krampfanfall. Andere Formen können sich in einer kurzen Bewusstseinspause äußern.

Bei rund zwei Drittel der Betroffenen gelingt es, Epilepsieanfälle medikamentös weitestgehend in den Griff zu bekommen. Aber ein Drittel der an Epilepsie leidenden Patienten spricht nicht auf die verfügbaren Medikamente an. Für diese Patienten sind neue therapeutische Strategien notwendig.

Prof. Dr. Christine Rose und ihr Doktorand Jan Meyer vom Institut für Neurobiologie der HHU haben sich zusammen mit Kolleginnen und Kollegen aus Japan mit der Frage beschäftigt, welche zellulären Mechanismen zur Entstehung von Epilepsien führen. Während sich die Mehrzahl solcher Untersuchungen bislang auf Nervenzellen (Neuronen) konzentriert, fokussierte sich dieses Forschungsteam aber auf die Astrozyten, eine Klasse von Gliazellen.

Gliazellen machen rund die Hälfte aller Zellen im Gehirn aus. Es gibt verschiedene Formen von ihnen, die unterschiedliche Funktionen übernehmen. Die Astrozyten sind unter anderem für den Ionenhaushalt im Gehirn verantwortlich, spielen aber auch eine wichtige Rolle bei der direkten Signalübertragung zwischen Neuronen.

In ihrem jetzt erschienenen Paper zeigen die Forscherinnen und Forscher, dass epileptische Entladungen zu einem Anstieg des pH-Werts in den Astrozyten führen; man spricht hierbei von einer Alkalinisierung. Diese pH-Änderung stört die Kommunikation innerhalb der zellulären Astrozyten-Netzwerke. Und eine solche verminderte Kommunikation der Astrozyten scheint die epileptische Aktivität der Neuronen zu verstärken.

Diese Erkenntnis weist einen möglichen Weg zu einem neuen therapeutischen Werkzeug auf: indem mittels Medikamenten die Veränderung des pH-Werts in den Astrozyten unterbunden wird. Diese Option konnten die Forscherinnen und Forscher bei Experimenten im Tiermodell bestätigen: Tiere, die entsprechend medikamentös behandelt wurden, litten weniger stark an epileptischen Überregungen des Gehirns als unbehandelte Tiere.

Dazu Prof. Rose: „Diese Beobachtung stimmt uns hoffnungsvoll. Aber ob sie sich tatsächlich auf den Menschen übertragen lässt, muss noch untersucht werden. Und bis dann ein möglicher Wirkstoff für Patienten entwickelt werden kann, ist es noch ein sehr langer Weg.“

Die Forschungsarbeiten erfolgten in Kollaboration der HHU mit drei Universitäten in Japan (Keio University und Tokyo Medical and Dental University in Tokio, Tohoku University in Sendai) im Rahmen des „Young Glia“-Programms des von Prof. Rose koordinierten Schwerpunktprogramms SPP1757 „Funktionale Spezialisierung von Neuroglia“. Dieses Programm fördert die Zusammenarbeit deutscher und japanischer Labore. Es unterstützt insbesondere Nachwuchswissenschaftler dabei, eigene Projekte zu verwirklichen. So reiste HHU-Doktorand Meyer nach Japan und Mariko Onodera von der Tohoku University arbeitete zweimal am Düsseldorfer Institut für Neurobiologie.

Originalpublikation

Mariko Onodera, Jan Meyer, Kota Furukawa, Yuichi Hiraoka, Tomomi Aida, Kohichi Tanaka, Kenji F. Tanaka, Christine R. Rose, and Ko Matsui, Exacerbation of epilepsy by astrocyte alkalization and gap junction uncoupling, Journal of the Society for Neuroscience, 2021; DOI: 10.1523/JNEUROSCI.2365-20.2020