Dopaminausschüttung im Gehirn Sender und Empfänger zugleich – Einblicke in neuronales Netzwerk

Botenstoffe sind zentral für viele Prozesse in unserem Körper. So wirkt sich der Neurotransmitter Dopamin etwa auf unseren Bewegungsapparat aus und kann an Bewegungsstörungen wie Parkinson beteiligt sein. Ein internationales Team mit Beteiligung der Uni Leipzig hat nun neue Details der Dopaminfreisetzung im Gehirn entdeckt.

Leipzig – Der neuronale Botenstoff Dopamin ist entscheidend an der Kontrolle von Bewegungen beteiligt, die Mechanismen der Dopamin-Freisetzung im Gehirn sind bislang jedoch nicht vollständig verstanden. Ein besseres Verständnis dieser Vorgänge ist allerdings wichtig, weil eine verringerte Dopamin-Freisetzung die Willkürbewegungen stört und ursächlich für die Parkinson-Erkrankung ist.

Die Signale zwischen Nervenzellen werden normalerweise in eine bestimmte Richtung übertragen: Die Empfänger-Nervenzellfortsätze (Dendriten) registrieren Signale und leiten diese zum Nervenzellkörper zur Signalverarbeitung weiter. Vom Zellkörper werden elektrische Impulse (Aktionspotenziale) dann über Sender-Nervenzellfortsätze (Axone) an andere Zellen gesendet. So weit, so bekannt.

Neurophysiologie

Ein erinnerungswürdiges Hormon

Signale einzelner Nervenfasern gemessen

Ein internationales Team von Forschern, darunter Dr. Andreas Ritzau-Jost und Prof. Stefan Hallermann von der Medizinischen Fakultät der Universität Leipzig, hat nun einen neuen Mechanismus der Freisetzung des Botenstoffes Dopamin identifiziert: Beim entdeckten Mechanismus entsteht das zur Dopamin-Freisetzung führende Aktionspotenzial direkt im sendenden Axon, hervorgerufen durch die Wirkung eines zweiten Botenstoffs namens Acetylcholin. Diese Acetylcholin-freisetzenden Zellen können sich in unmittelbarer Nähe zu Dopamin-freisetzenden Axonen befinden. Die Autoren zeigten in ihrer Arbeit, dass Acetylcholin die Dopamin-freisetzenden Nervenfasern direkt erregt. Der Sender wird gleichzeitig zum Empfänger.

Die Möglichkeit, dass Acetylcholin durch eine direkte axonale Erregung eine Dopaminausschüttung hervorrufen kann, war in Versuchen an der Harvard Universität aufgezeigt worden. Das Team aus Leipzig um Ritzau-Jost und Hallermann entwickelte kürzlich eine Technik, mit der elektrische Signale von einzelnen Nervenfasern gemessen werden können. „Mit dieser Technik gelang es uns letztlich, den vermuteten Mechanismus zu bestätigen und direkt zu untersuchen“, sagt Ritzau-Jost und erklärt: „Dopamin und Acetylcholin gehören zu den wichtigsten Neurotransmittern im Körper. Ihr besonderes Zusammenspiel findet über einen völlig neuen Mechanismus statt, der bisher von anderen Botenstoffen im Gehirn nicht bekannt ist. Eventuell ist dieses Zusammenspiel aber nicht einzigartig, sondern auch in anderen Teilen des Nervensystems möglich. Unsere kürzlichen Ergebnisse werfen also eine Vielzahl neuer spannender Fragen auf.“

Originalpublikation: Changliang Liu, Xintong Cai, Andreas Ritzau-Jost, Paul F. Kramer, Yulong Li, Zayd M. Khaliq, Stefan Hallermann and Pascal S. Kaeser: An action potential initiation mechanism in distal axons for the control of dopamine release, Science, 24 Mar 2022, Vol 375, Issue 6587, pp. 1378-138; DOI: 10.1126/science.abn0532

* A. Grimm, Universität Leipzig , 04109 Leipzig

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