Zwischen Erregung und Hemmung

Der Gyrus Dentatus gilt als Eingangsstation der Hirnregion Hippocampus, die Informationen aus dem Kurzzeit- in das Langzeitgedächtnis überführt. Er besteht aus Körnerzellen, die besonders dicht in dieser Gehirnregion vorkommen, und Interneuronen, die im zentralen oder peripheren Nervensystem zwischen mehreren Nervenzellen geschaltet sind und einen hemmenden Effekt auf deren Aktivität haben. Beide Zelltypen verarbeiten Informationen und unterscheiden eng verwandte Erinnerungen. Ein Team um Prof. Dr. Marlene Bartos vom Physiologischen Institut I der Universität Freiburg, zu dem auch der Erstautor Dr. Claudio Elgueta gehört, hat herausgefunden, warum Körnerzellen und Interneuronen eingehende Signale unterschiedlich verarbeiten: Sie haben grundlegend unterschiedliche Strukturen und funktionelle Eigenschaften. Die Arbeitsgruppe hat ihre Ergebnisse im Fachjournal Nature Communications veröffentlicht.

Die dendritischen Fortsätze der Nervenzellen nehmen eingehende Signale vergleichbar mit Antennen auf. Interneuronen können durch so genannte Chloridtransporter, die hemmende Signale verstärken, und aufgrund der hohen Dichte an GABA_A-Rezeptoren stark gehemmt werden. Sie verarbeiten Informationen nicht direkt, sondern bestimmen, welche Körnerzellen sich an der Informationsverarbeitung beteiligen. Körnerzellen dagegen weisen geringere Dichten von GABA_A-Rezeptoren auf und werden kaum gehemmt: Sie verarbeiten und verschlüsseln Signale aus der Umwelt und fügen sie zu einer Art Karte im Gyrus Dentatus zusammen.

Ändert sich die Hemmung in Zellen des Gehirns, können Fehlfunktionen beim Verarbeiten, Verschlüssen und Abrufen von Informationen auftreten. Dies kann die Gedächtnisleistung beeinträchtigen und zu neurologischen Erkrankungen führen. Mit ihren Ergebnissen tragen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zu einem besseren Verständnis von Mechanismen der Informationsverarbeitung im zentralen Nervensystem bei.

Marlene Bartos und ihr Team werden seit 2018 mit einem Advanced Grant des Europäischen Forschungsrats (ERC) in Höhe von 2,5 Millionen Euro gefördert.

Originalpublikation:

Elgueta, C., Bartos, M. (2019): Dendritic inhibition differentially regulates excitability of dentate gyrus parvalbumin-expressing interneurons and granule cells. In: Nature Communications 10. DOI: 10.1038/s41467-019-13533-3