Quelltext der Seite Neurogenese

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Als '''Neurogenese''' wird die Bildung von [[Nervenzelle]]n aus bestimmten [[Stammzellen|Stamm-]] oder Vorläuferzellen bezeichnet. Unterschieden wird nach der [[Entwicklungsbiologie|Entwicklungsphase]] neben der Neurogenese während der [[Embryonalentwicklung]] und der [[Fetogenese|Fetalperiode]] zwischen der [[Juvenil|frühen]] nachgeburtlichen und der [[adult]]en Neurogenese.

== Neurogenese während der Embryonalentwicklung ==
Während der Embryogenese wird die [[Großhirnrinde|Hirnrinde]] schichtweise vom [[Hirnventrikel|Ventrikelsystem]] her aufgebaut. Dabei entstehen zuerst Nervenzellen, die entlang der Fortsätze sogenannter [[Gliazelle#Gliazelltypen|radialer Gliazellen]] in Richtung Hirnoberfläche wandern und so die Hirnrinde aufbauen.

== Adulte Neurogenese ==
Bis in die 1990er Jahre hinein galt Neurogenese im menschlichen, erwachsenen [[Zentrales Nervensystem|zentralen Nervensystem]] (ZNS) als ausgeschlossen, selbst wenn bekannt war, dass unter anderem bei einigen [[Singvögel]]n auch nach der [[Geschlechtsreife]] weiterhin Nervenzellen gebildet werden können. Die Neurogenese bei Singvögeln spielt beispielsweise eine wesentliche Rolle beim Erlernen und Verfeinern der Paarungslieder. Neuere Untersuchungen zur Neurogenese allerdings weisen nach, dass es bei Menschen, wie auch bei anderen Säugetieren, zu einer Vermehrung neuronaler [[Stammzelle]]n und zur Bildung neuer Nervenzellen selbst in hohem Alter kommen kann. Bei vielen Säugern (unter anderem bei Ratten und Mäusen) wurde gezeigt, dass diese Neubildung sowohl von geistiger als auch von körperlicher Aktivität abhängig ist.<ref>Tracey J. Shors: ''Sein oder nicht sein im Gehirn.'' In: [http://www.spektrum.de/artikel/1037415 ''Spektrum der Wissenschaft'' Nr. 8, 2010], S. 35.</ref> Es wird vermutet, dass auch die adulte Neurogenese beim Menschen auf ähnliche Weise reguliert wird. Durch ihre bemerkenswerte Anpassungsfähigkeit und [[Synaptische Plastizität|Plastizität]] verändern die jungen Zellen die Informationsverarbeitung in bestimmten Regionen des [[Gehirn]]s wie zum Beispiel dem [[Hippocampus]].

=== Adulte Neurogenese im Hippocampus ===
Adulte Neurogenese findet im Hippocampus im Bereich des ''[[Gyrus dentatus]]'' statt, genauer gesagt in der subgranulären Zone, welche zwischen [[Hilus]] und [[Körnerzelle|Körnerzellschicht]] liegt.<ref>[http://www.news-medical.net/health/Neurogenesis-What-is-Neurogenesis-%28German%29.aspx ''What ist Neurogenesis?''] www.news-medical.net</ref> Dort befinden sich die Zellkörper neuronaler [[Stammzelle]]n, deren [[Anatomische Lage- und Richtungsbezeichnungen#Weitere allgemeine Lage- und Richtungsbezeichnungen|apikale]] [[Dendrit (Biologie)|Dendriten]] bis in die Molekularzellschicht reichen.

Neuronale Stammzellen weisen eine hohe Dichte an spannungsunabhängigen K<sup>+</sup>-Kanälen und keine spannungsabhängigen Na<sup>+</sup>-Kanäle auf, sind daher elektrisch nicht erregbar.<ref name="neuroforum306a">Josef Bischofberger, Christoph Schmidt-Hieber: ''Adulte Neurogenese im Hippocampus.'' In: [http://nwg.glia.mdc-berlin.de/media/pdf/neuroforum/2006-3.pdf ''Perspektiven der Hirnforschung - Neuroforum.'' Nr. 3, 2006] (PDF-Datei; 4,82&nbsp;MB), S. 214.</ref> Morphologisch gesehen gleichen sie radialen [[Gliazelle#Astroglia|Astrogliazellen]] (Markerproteine: [[Saures Gliafaserprotein|GFAP]], [[Nestin]]). Die neuronalen Stammzellen besitzen die Fähigkeit, durch asymmetrische mitotische Teilung neue Zellen zu generieren (''Proliferationsfähigkeit''). Diese neu entstandenen Zellen werden neuronale Vorläuferzellen ([[Progenitorzelle]]n) genannt.

Die neuronalen Progenitorzellen, die ebenfalls eine zeitlich begrenzte Proliferationsfähigkeit besitzen (in diesem Zeitfenster weniger Tage besitzen sie eine deutlich höhere Teilungsrate als neuronale Stammzellen),<ref name="neuroforum306a" /> unterscheiden sich morphologisch von neuronalen Stammzellen u. a. durch den Verlust des Markerproteins GFAP.<ref name="neuroforum306a" />

Die Regulation der Teilungsrate verläuft auf verschiedenen Ebenen. Zum einen haben „Stressfaktoren“, wie [[Cortisol]] einen hemmenden Effekt auf die Teilungsrate,<ref name="neuroforum306b">Josef Bischofberger, Christoph Schmidt-Hieber: ''Adulte Neurogenese im Hippocampus.'' In: [http://nwg.glia.mdc-berlin.de/media/pdf/neuroforum/2006-3.pdf ''Perspektiven der Hirnforschung - Neuroforum.'' Nr. 3, 2006] (PDF-Datei; 4,82&nbsp;MB), S. 215.</ref> zum anderen konnte eine Erhöhung der Teilungsrate u. a. durch Wachstumsfaktoren wie [[Insulinähnliche Wachstumsfaktoren|IGF-1]] und [[Vascular Endothelial Growth Factor|VEGF]] nachgewiesen werden,<ref name="neuroforum306b" /> was auf einem Zusammenhang zwischen Neurogeneserate und körperlicher Aktivität beruht.

Bei den neuronalen Progenitorzellen kommt es zu einer frühzeitigen Expression von NKCC1-[[Transportprotein#Transport durch die Zellmembran|Transportern]] (Na<sup>+</sup>-K<sup>+</sup>-2Cl<sup>−</sup>-[[Na-K-2Cl Cotransporter|Kotransporter]]),<ref name="neuroforum306b" /> wodurch eine hohe intrazelluläre Cl<sup>−</sup>-Konzentration generiert wird. Dies führt dazu, dass die zunächst fast ausschließlich [[γ-Aminobuttersäure|GABAergen]] synaptischen Eingänge eine exzitatorische postsynaptische Wirkung zeigen, da früh vorhandene [[GABA-Rezeptor|GABA<sub>A</sub>–Rezeptoren]] – welche ansonsten gemeinhin ein inhibitorisches postsynaptisches Potential ([[Inhibitorisches postsynaptisches Potential|IPSP]]) erzeugen – aufgrund der hohen intrazellulären Cl<sup>−</sup>-Konzentration einen Cl<sup>−</sup>-Ausstrom aus der Zelle initiieren, der zu einer [[Depolarisation (Physiologie)|Depolarisation]] der Membran führt.

Infolge der Depolarisation kommt es zur vorübergehenden Öffnung spannungsabhängiger [[Calciumkanal|Calciumkanäle]] und damit zu einem Ca<sup>2+</sup>-Einstrom in die Zelle.<ref name="neuroforum306b" /> Die erhöhte Ca<sup>2+</sup>-Konzentration wiederum kann als intrazelluläres Signal Wachstumsvorgänge einleiten, die Bildung früher neuronaler Proteine wie spannungsabhängiger Na<sup>+</sup>-Kanäle veranlassen bzw. [[synaptische Plastizität]] induzieren. Die meisten der neugebildeten Zellen im Gyrus dentatus entwickeln sich so zu Neuronen (''neuronale Determination'').

Die Induktion synaptischer Plastizität und eine frühe Integration ins ZNS sind essentiell für das Überleben junger Neurone.<ref>Tracey J. Shors: ''Sein oder nicht sein im Gehirn.'' In: [http://www.spektrum.de/artikel/1037415 ''Spektrum der Wissenschaft.'' Nr. 8, 2010], S. 37.</ref> Nur Zellen, die frühzeitig in das neuronale Netzwerk des Hippokampus integriert und involviert werden, sterben nicht ab, sondern bilden in etwa vier Wochen den für Körnerzellen typischen Dendritenbaum mit zahlreichen [[Dornenfortsatz|Dornen]] aus (''Reifungsphase'').
Etwa zwei Wochen nach der mitotischen Teilung der neuronalen Stammzelle sind neugebildete Axone bereits in der CA3-Region des Hippocampus vorzufinden. NKCC1-Transporter werden um diese Zeit durch KCC2-Transporter (K<sup>+</sup>-Cl<sup>−</sup>-Kotransporter) ersetzt,<ref name="neuroforum306c">Josef Bischofberger, Christoph Schmidt-Hieber: ''Adulte Neurogenese im Hippocampus.'' In: [http://nwg.glia.mdc-berlin.de/media/pdf/neuroforum/2006-3.pdf ''Perspektiven der Hirnforschung - Neuroforum.'' Nr. 3, 2006] (PDF-Datei; 4,82&nbsp;MB), S. 217.</ref> was ein Absinken der intrazellulären Cl<sup>−</sup>-Konzentration zur Folge hat, so dass GABA in der zweiten Hälfte der Reifungsphase inhibitorisch wirkt.
Zu dieser Zeit erfahren die jungen Neurone erste glutamaterge synaptische Eingänge, was die Grundlage synaptischer Plastizität ([[Langzeit-Potenzierung|LTP]] und [[Langzeit-Depression|LTD]]) durch [[NMDA-Rezeptor|NMDA]]- und [[AMPA-Rezeptor]]en bildet.
Etwa vier Wochen nach der mitotischen Teilung der neuronalen Stammzelle sind keine morphologischen und elektrophysiologischen Unterschiede zu benachbarten Neuronen mehr festzustellen.<ref name="neuroforum306c" />

== Regionen der Neurogenese ==
An Primaten wie dem [[Rhesusaffe]]n (''Macaca mulatta'') wurde gezeigt, dass sich neue Nervenzellen bei ihnen in der [[Subventrikuläre Zone|subventrikulären Zone]] bilden. Danach wandern diese jungen Neurone entlang fester Pfade in den [[Cortex cerebri|Cortex]], wo sie reifen, [[Axon]]e und [[Synapse]]n bilden und sich in das neuronale Netzwerk des Gehirns einfügen.

Erst später fiel auf, dass auch im menschlichen Gehirn Neurogenese in geringem Umfang noch nach der [[Pubertät]] stattfindet. Dies gilt nicht nur für die primären [[Sinneszelle]]n des [[Riechschleimhaut|Riechepithel]]s, die [[Riechzelle]]n, die zugleich Neuronen sind und sich ausgehend von neurogenen Basalzellen erneuern. Auch in der menschlichen subventrikulären Zone des Erwachsenen gibt es noch neurale [[Stammzellen]], die in der Lage sind, neue Nervenzellen zu produzieren. Darüber hinaus findet eine adulte Neurogenese vor allem in bestimmten Regionen des [[Hippocampus]] statt. Beteiligt an diesen Prozessen sind Mediatormoleküle, die als ''[[Neurotrophin]]e'' oder [[Nervenwachstumsfaktor]]en bezeichnet werden.

''siehe auch: [[Semaphorine]]''

== Funktion der Neurogenese ==
Allgemein ist über die Funktion neugebildeter Nervenzellen noch wenig bekannt. Im Hippocampus scheinen neugebildete Körnerzellen eine Funktion in der Bildung oder Konsolidierung des [[Langzeitgedächtnis]]ses zu haben. Im Wesentlichen beruhen die bisherigen Aussagen auf Tiermodellen der Neuroforschung (wie bei der Maus).

Beim Menschen scheinen Prozesse der Neurogenese v.&nbsp;a. durch chronischen Stress und die dafür zentrale ''Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse'' (''HHNA'') moderiert zu werden. Dies erfolgt im Rahmen der [[Allostase]]-Reaktion, der eine wesentliche Rolle für die Anpassung an sich ändernde Umwelt- und Lebensbedingungen zugeschrieben wird.<ref>P. Sterling, J. Eyer: ''Allostasis: a new paradigm to explain arousal pathology.'' In: S. Fisher, J. Reason (Hrsg.): ''Handbook of life stress, cognition and health.'' Wiley & Sons, New York 1988, S. 631–651.</ref><ref>G. Hüther: ''Biologie der Angst - wie aus Stress Gefühle werden.'' Vandenhoeck & Ruprecht, Göttingen 1997, ISBN 3-525-01439-2.</ref><ref>P. Sterling: ''Allostasis: a model of predictive regulation.'' In: ''Physiol Behav.'' 106, 2012, S. 5–15. [[doi:10.1016/j.physbeh.2011.06.004]]</ref>

== Therapeutische Anwendung ==
Auf die Neurogenese werden große Hoffnungen für die Heilung von Krankheiten und Verletzungen des [[Zentralnervensystem]]s gesetzt.

== Literatur ==
* [[Jörg Blech]]: [http://www.spiegel.de/spiegel/print/d-46925831.html ''Hirn, kuriere dich selbst!'']. In: ''[[Der Spiegel]].'' 20, 2006, S.&nbsp;164–178.
* Y. Chen, Y. Ai, J. R. Slevin, B. E. Maley, D. M. Gash: ''Progenitor proliferation in the adult hippocampus and substantia nigra induced by glial cell line-derived neurotrophic factor.'' In: ''Experimental neurology.'' 196(1), 2005, S.&nbsp;87–95.
* J. G. Emsley, B. D. Mitchell, G. Kempermann, J. D. Macklis: ''Adult neurogenesis and repair of the adult CNS with neural progenitors, precursors and stem cells'' In: . ''Progress in Neurobiology.'' 75(5), 2005, S.&nbsp;321–341.
* [[Fred H. Gage]], G. Kempermann, H. Song (Hrsg.): ''Adult Neurogenesis''. Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2008, ISBN 978-0-87969-784-6.
* Gerd Kempermann: ''Adult Neurogenesis. Stem Cells and Neuronal Development in the Adult Brain''. [[Oxford University Press]], 2006, ISBN 0-19-517971-4.
* G. L. Ming, H. Song: ''Adult neurogenesis in the mammalian central nervous system.'' In: ''Annual review of neuroscience.'' 28, 2005, S.&nbsp;223–250.
* C. Zhao, W. Deng, F. H. Gage: ''Mechanisms and functional implications of adult neurogenesis'' In: ''[[Cell (Zeitschrift)|Cell]].'' 132(4), 2008, S.&nbsp;645–660.
* E. Gould: ''How widespread is adult neurogenesis in mammals?'' In: ''[[Nature Reviews Neuroscience]].'' 8(6), 2007, S.&nbsp;481–488.
* Jason S. Snyder: ''Questioning human neurogenesis''. Nature (March 07, 2018) ([https://www.nature.com/articles/d41586-018-02629-3 www.nature.com])

== Einzelnachweise ==
<references />

== Weblinks ==
{{Commonscat|Neurogenesis|Neurogenese}}

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