Die extrazelluläre Matrix des zentralen Nervensystems

An der Differenzierung und Morphogenese neuraler Gewebe ist eine Vielzahl von Interaktionen zwischen Zellen und ihrer Umgebung beteiligt. Hierbei spielt die extrazelluläre Matrix (ECM) eine wichtige Rolle, ein Komplex aus extrazellulären Molekülen, die als Aggregate oder Polymere angeordnet sind. Als extrazelluläre Matrix werden allgemein die Moleküle bezeichnet, die von Zellen produziert und in den Extrazellulärraum abgegeben werden. Komponenten der ECM sind fibrilläre Proteine wie Kollagen und Elastin, modular aufgebaute Verbindungsproteine wie z.B. Laminin, Fibronektin und Tenascin, und polymere Makromoleküle, insbesondere Glykosaminoglykane. Die extrazelluläre Matrix hat zum einen eine strukturelle Bedeutung, indem sie dem Gewebe seine Form verleiht und auch Bereiche unterschiedlicher Gewebetypen voneinander trennt, zum anderen kommt ihr eine Funktion für die Zell-Zell-Kommunikation zu. Die Interaktion von ECM-Molekülen mit Rezeptoren der Zelloberfläche gibt dem Gewebe einen strukturellen Zusammenhalt und ermöglicht außerdem die Übermittlung von Signalen in die Zellen bzw. die Übertragung zellulärer Signale in den Extrazellulärraum. Durch ihren Einfluss auf Zellüberleben und -proliferation sowie auf Migration und Differenzierung von Zellen spielt die ECM eine entscheidende Rolle in der Entwicklung von Gewebe und der Erhaltung seiner Funktion (Lukashev und Werb, 1998; Streuli, 1999).

Die extrazelluläre Matrix des zentralen Nervensystems (ZNS) besitzt im Vergleich zu anderen Gewebetypen meist eine eher lockere Struktur, mit einigen Ausnahmen wie z.B. den Hirnhäuten. Sie nimmt ein verhältnismäßig großes Volumen von bis zu 20% des adulten Gehirns ein (Nicholson und Sykova, 1998). Obwohl viele ECM-Moleküle des ZNS auch in nicht-neuronalen Geweben zu finden sind, wie z.B. Tenascine, Fibronektin und Laminin, gibt es auch ZNS-spezifische Komponenten wie die Chondroitinsulfat-Proteoglykane Phosphacan und Neurocan.

Ziel der Untersuchungen am Lehrstuhl ist, zu untersuchen, ob die Applikation des Matrixproteins Tenascin-C auf Neurone zu einer Modulation ihrer Membranströme führt. Hierzu wurden mit der Patch clamp-Technik bei vorgegebenen Potentialen Ströme durch verschiedene spannungs-und ligandengesteuerte Ionenkanäle aufgezeichnet und die maximalen Amplituden vor und nach der Applikation von TN-C-Lösung verglichen. Bei der Untersuchung postsynaptischer Ströme wurde neben den Amplituden auch die Frequenz der synaptischen Ereignisse betrachtet. Die Messungen sollten an dissoziierten Neuronen von Wildtyp-Mäusen sowie auch von TN-Cdefizienten Mäusen durchgeführt werden, um mögliche Unterschiede in der Reaktion der Zellen feststellen zu können. Zum einen wurde hierbei in Erwägung gezogen, dass beim Wildtyp von in der Zellkultur vorhandenen Gliazellen sezerniertes TN-C dazu führen könnte, dass durch akutes Überspülen kein zusätzlicher Effekt mehr auftritt. Z.B. könnten vorhandene TN-C-Bindestellen schon durch in der Kultur vorhandenes Tenascin abgesättigt worden sein. Zum anderen bestand auch die Möglichkeit, dass in den defizienten Mäusen TN-C-Rezeptoren anders als im Wildtyp exprimiert werden und dadurch eine andere Reaktion auf TN-C erfolgen könnte.

Ein weiteres Ziel besteht darin, die Reaktion von Neuronen auf TN-C als Zellkultur-Substrat zu untersuchen, da Matrixproteine auf vielfältige Weise das Zellverhalten beeinflussen, beispielsweise bei der Wanderung, dem Wachstum und der Differenzierung von Zellen. Die Effekte von Tenascinen sind hierbei abhängig von der Art der Präsentation der Moleküle, d.h. es spielt eine Rolle, ob sie löslich oder an Oberflächen gebunden, als einheitliches Substrat oder angrenzend an andere Substrattypen den Zellen dargeboten werden. Im Hinblick darauf wurde eine Technik zur Herstellung mikrostrukturierter Substrate angewendet, die an die Beschaffenheit des verwendeten Matrixproteins angepasst wurde.

Für diese Arbeit wurden Zellen aus Gehirnregionen verwendet, in denen TN-C nicht nur während der Entwicklung, sondern auch im adulten Tier exprimiert wird, nämlich Zellen des Bulbus olfactorius und des Hippocampus.