Kapitel 2 - Neuronen und Gliazellen

• Alle Gewebe und Organe bestehen aus Zellen

• die spezialisierten Funktionen von Zellen und ihre Wechselwirkung bestimmen die Funktion von Organen

• ca. 100 Milliarden Neuronen; Gliazellen übertreffen die Neurone um das Zehnfache

  
  

1) Neuronen

2) Gliazellen

• nehmen die Veränderungen in der Umgebung wahr

• teilen diese Veränderungen anderen Neuronen mit

• lösen die körperlichen Reaktionen auf diese Veränderungen aus (schicken Kommandos an Muskeln)

= “Leim”

• Unterstützen Neuronen bei ihrer Tätigkeit

• Bilden Isolierschicht um benachbarte Neuronen, damit sie schneller Nervenimpulse schicken können

• Kontrollieren Umfeld, in dem Neuron arbeitet

• —> isolieren, stützen und ernähren benachbarte Neuronen

• geringe Größe: Zellen haben Durchmesser von 0.01 - 0.05mm

• sehr weiche Konsistenz —-> schwer dünne Schnitte zu machen, um es mikroskopisch betrachten zu können (wie „Wackelpudding“)

• im frühen 19. Jhdrt 2 Methoden entwickelt:

  • möglich Gewebe mit Formaldehyd zu verfestigen

  • möglich dünne Schnitte mit Mikrotom herzustellen

= die mikroskopische Untersuchung und Beschreibung der Gewebestrukturen

• frisch präpariertes Gehirn sieht unter dem Mikroskop cremefarben aus, weist keine Unterschiede in der Pigmentierung auf, um einzelne Zellen voneinander zu unterscheiden

• daher Färbemethoden entwickelt

• „the gain in brain is mainly in the stain” —> Der Wissenszuwachs beim Gehirn ist vor allem eine Frage der Färbemethode

Basische Farbstoffe einer bestimmten Klasse (Kresylviolett) färben Zellkerne und neuronale Zellkörper dunkel

• Nissl-Schollen = Bereiche um Zellkern (neuronale Zellkörper)

• Ermöglicht Unterscheidung zwischen Gliazelle und Neuron

• Ermöglicht Untersuchung des Cytoarchitektur (Anordnung der Zelle)

• dadurch wissen wir, dass Gehirn aus vielen spezialisierten Regionen mit eigenen Funktionen besteht

 —> man sieht damit aber nur Zellkörper und Zellkern, liefert also nicht alle Infos

Nissl-Färbung

Beim Einlegen von Hirngewebe in Silber-Chromat-Lösung wird geringer Anteil von Neuronen vollständig dunkel gefärbt

• d.h. man sieht ganzes Neuron inklusive seiner Struktur und Fortsätze

• zeigt, dass der neuronale Zellkörper nur ein geringer Teil der Gesamtstruktur des Neurons darstellt (bei der Nissl-Färbung sah man nur den Zellkörper)

• zeigt, dass Neuronen aus mindestens 2 verschiedenen Teilen bestehen:

  • Zentralregion mit Zellkern (Soma = Zellkörper = Perikaryon)

  • Viele dünne Fortsätze (Neuriten: Axone und Dendriten)

Golgi-Färbung

NS ist fix zusammenhängend (ähnlich wie Blutsystem)

• Neuriten verschiedener Zellen verschmelzen miteinander (kontinuierliches Netzwerk)

• falsch: Neuriten NICHT miteinander verbunden

Nutzte Golgi-Methode, um Verschaltungen zu bestimmen

• Neuronen nicht durchgehend miteinander verbunden, sie kommunizieren über Kontaktstellen (synaptischer Spalt!)

• Elektronenmikroskop zeigte einige Jahrzehnte später (1950er) Beweis dafür

• Das Innere des Neurons durch Nervenzellmembran (= eine Art Grenzschicht) vom Äußeren getrennt & gibt der Zelle ihre 3D-Erscheinungsform

1) Zellkörper (Soma)

2) Zellkern

3) Neuriten

• Axon (= Outputteil; gibt nur 1 pro Soma —> leitet Ausgangssignale der Neuronen weiter, ca. 1m lang oder mehr)

• Dendriten (= Inputteil; gibt viele pro Soma —> im Kontakt mit vielen Axonen, sind sog. Antennen, die Infos/Signale aufnehmen, max. 2mm lang)

= kugelförmiger Teil des Neurons

—> Durchmesser: 20 μm

—> Umschlossen von neuronaler Membran

• Cytosol

• Organellen

• Cytoplasma

= wässrige, salzige, kaliumreiche Flüssigkeit innerhalb der Zelle

• durch Membran von Umgebung getrennt

• enthält Organellen

= Strukturen in Flüssigkeit/Soma

• Jede erfüllt eigene Funktion

• Von Membran umgeben

• Zellkörper enthält gleichen Organellen wie Tierzellen

1) Nucleus (Zellkern)

2) Raues endoplasmatisches Reticulum (raues ER)

3) Glattes endoplasmatisches Reticulum (glattes ER)

4) Golgi-Apparat

5) Mitochondrien

= alles innerhalb der Zelle bzw. der Grenzen der Membran (inklusive Organellen, exklusive Zellkern)

Durchmesser: 5-10 μm

• kugelförmig

• von Doppelmembran (Kernhülle) umgeben, welche von Poren durchzogen ist

• Im Zellkern: Chromosomen  

• Im Zellkern

• beinhalten genetisches Material bzw. DNA

• Jedes Chromosom enthält durchgängig doppelsträngiges Band an DNA

• Legt man 2 nm breite DNA von allen 46 Chromosomen hintereinander —> 2m lang

= Doppelhelix (mit 2nm Breite) aus Basenpaaren

• Von Eltern weitergegeben

• Enthält Gesamtbauplan des Körpers (in Chromosomen im Nucleus)

• DNA aller Neuronen identisch und übereinstimmend mit DNA in Zellen der Leber und Niere

• Neuron unterscheidet sich von Leberzelle durch spezifische DNA-Abschnitte (Gene), die für Aufbau der Zelle verwendet werden

= Abschnitte der DNA

• benötigt für Aufbau der Zelle

• dient zum Bauen eines Proteins

• jede Zelle liest nur bestimmte Abschnitte der DNA

• 0.1 bis mehrere μm lang

= Ablesen der DNA/Gene zum Bauen von Proteinen

• Endprodukt: Synthese von Proteinen (Molekülen)

• Proteine verleihen Neuron seine Eigenschaften

= Zusammenbau von Proteinmolekülen

• Erfolgt im Cytoplasma (an Ribosomen)

• Aber man braucht ja genetische Info bzw. DNA-Bauplan, um Proteine zu bilden

• DNA verlässt allerdings Nucleus nie

• deswegen gibts mRNA

an Ribosomen im Cytoplasma

• Bringt genetischen Bauplan von Zellkern nach außen ins Cytoplasma

• besteht aus 4 Nukleotiden

• werden zu unterschiedlichen Sequenzen zusammengefügt, um Kette zu bilden

• genaue Sequenz der Nucleotide repräsentiert Info im Gen

• Kette transportiert das genetische Material ins Cytoplasma, wo dann die Proteinbiosynthese stattfindet

1) Transkription

2) Posttranskriptionale Modifikation

3) Translation

Promotor: Beginn von Gen bzw. Kopie

Terminator: Ende von Gen bzw. Kopie

Dazwischen:

• Exons (Relevante Abschnitte, an Protein-Codierung beteiligt)

• Introns (irrelevante/unbenutzte Abschnitte, an Protein-Codierung nicht beteiligt)

• Enzym „RNA-Polymerase“ dockt an Stelle von aufgewickelter DNA an

• Arbeitet sich am Strang nach vor

• Macht Kopie von DNA

• Ergebnis: RNA

  • = einfacher Strang

  • vorerst exakte d.h. enthält Introns und Exons

= RNA-Prozessierung

• RNA wird weiterverarbeitet (wollen nur Exons)

• durch Splicing (RNA-Spleißen) Introns entfernt, Exons miteinander verknüpft

• Ergebnis: fertiges mRNA-Transkript

= Zusammenbau von Proteinen aus Aminosäuren unter Anleitung der mRNA

• mRNA-Transkript verlässt Zellkern über Poren in Kernhülle

• wandert zu Ort der Proteinbiosynthese

• da werden viele kleine Moleküle zu Kette verknüpft (also zu einem Proteinmolekül)

• Bausteine bei Proteinen = 20 mögliche Aminosäuren

• Kette kann zu Protein zusammengefasst werden

Proteinbiosynthese

= gesamte Länge der DNA

• Bei manchen Krankheiten sind Gene dupliziert (zu viele Kopien führen zu Überexpression bestimmter Proteine)

z.B. Autismus, Schizophrenie

• können zu abnormalen oder fehlenden Proteinen führen

• beeinträchtigen neuronale Funktion

z.B. Fragile-X-Syndrom

= Störung, die zu kognitiver Behinderung und Autismus führt durch Veränderung 1 einzigen Gens

= viele kleine Mutationen (häufig)

• sind gewöhnlich gutartig

• beeinflussen manchmal Proteinfunktion

• beeinträchtigen manchmal alleine oder zusammen mit anderen neuronale Funktion

• Entwicklung von Werkzeugen zur Veränderung der Gene

• Häufig verwendet für Gentechnik: Mäuse

==> Die Entdeckungen, die die genetische Veränderung von Mäusen erlaubten, haben die Biologie revolutioniert

1 Gen eliminiert/gelöscht

• nützlich, um Fortschritt von Krankheiten zu beobachten

1 Gen zusätzlich eingefügt und überexprimiert

eigenes natürliches Gen durch modifiziertes Transgen ersetzt

= kugelförmige Strukturen im Cytoplasma

= Ort der Translation

• mRNA-Transkripte binden an Ribosomen

• Ribosomen übersetzen Instruktionen, die in mRNA enthalten sind

• Bauen daraufhin Proteinmolekül

= wichtiger Ort der Synthese von Proteinen (die ins Cytosol gelangen sollen)

• aber nicht alle Ribosomen befinden sich am rauen ER (gibt viele freie Ribosomen im Cytoplasma)

= mehrere freie Ribosomen

• wie auf Schnur aufgereiht

• Schnur = einzelner mRNA-Strang

• d.h. die assoziierten Ribosomen machen dann viele Kopien desselben Proteins

= eine Art Stapel aus Membranen

• Neuronen haben viele raue ER, da sie spezielle Membranproteine benötigen, um Infos zu verarbeiten

Wenn Proteinmolekül für Zellmembran oder Organellen bestimmt, wandert mRNA zum rauen ER

• raues ER trifft auf Stück mRNA

• liest Bauplan

• baut Protein

  
  

neues Protein wird während Zusammenbau durch Membran des rauen ER vor und zurück gefädelt

—> wichtig, denn später wird es Membranprotein und muss daher richtige Form haben

Wenn Proteinmolekül für Cytosol des Neurons bestimmt, wandert mRNA zu freien Ribosomen

• Ribosom schwimmt frei im Cytosol

• Trifft auf Stück mRNA

• Arbeitet sich entlang und liest Bauplan

• Produziert (nach Bauplan) Protein

• Protein schwimmt frei im Cytosol

= Stapel von Membranorganellen im übrigen Cytosol

= heterogen (erfüllt verschiedene Funktionen)

• ein Teil geht ins raue ER über:

  • hier Proteine weitergefaltet, damit sie ihre 3D-Form/Struktur bekommen

• anderer Teil des glatten ER hat keine direkte Funktion:

  • reguliert interne Konzentrationen bestimmter Substanzen (z.B. Calcium)

= Stapel aus einer von Membran umhüllten Scheiben im Soma

• liegt am weitesten vom Zellkern entfernt

• hier findet intensive posttranslationale chemische Prozessierung von Proteinen statt

• Aufgabe: sortiert neu synthetisierte Proteine für die Freisetzung am Bestimmungsort im Neuron (z.B. im Axon oder Dendriten)

= Kraftwerke der Zelle und Ort der Zellatmung (stellen Zelle Energie zur Verfügung)

• häufig vorkommende Organellen  

• 1 μm lang

• Cristae = viele Einfaltungen in innerer Membran (dazwischen: Matrix)

• Vorgang: zelluläre Atmung

• Zyklus: Krebszyklus (= komplexe Abfolge biochemischer Reaktionen innerhalb der Cristae)

• Energie: über Nahrung —> in Form von Fett, Proteine, Zucker (im Cytosol vorhanden und in Pyruvat umgewandelt)

• Pyruvat und Sauerstoff aufgenommen (beide diffundieren im Cytosol)

• Pyruvat stammt aus Zucker, abgebauten Proteinen und Fetten (das sind wiederrum Energiequellen in Nahrung und in Form von Speichern)

• Pyruvat tritt in eine komplexe Abfolge biochemischer Reaktionen innerhalb Cristae (= Krebszyklus) ein

• Die Produkte des Krebszyklus liefern Energie

• ==> an Adenosindiphosphat (ADP) wird weitere Phosphatgruppe angehängt

• ADP wird somit in Adenosintriphosphat (ATP) umgewandelt

• ADP energiearmer als ATP

• immer, wenn Energie gebraucht, in ATP umgeandelt, denn nur so wird sie frei und benutzbar

= zelluläre Energiequelle oder Energiegewährung der Zelle

• energiereicher als ADP

• speichert chemische Energie

• chemische Energie im ATP dient dazu, chemische Reaktionen anzutreiben

  
  

für jedes aufgenommene Pyruvatmolekül werden 17 ATP-Moleküle freigesetzt

Pyruvat + Sauerstoff

ATP + Kohlenstoffdioxid

= dünne Trennschicht/Barriere (ca. 5nm dick)

• umgibt Cytoplasma innerhalb des Neurons

• exkludiert bestimmte Substanzen außerhalb des Neurons

  • Membran mit Proteinen besetzt

  • Proteinzusammensetzung variiert (je nachdem um welche Membran es sich handelt: Soma, Dendriten, Axon …)

  • Wichtig, damit Neuron im Gehirn/Körper elektrische Signale weiterleiten kann

    
    

• manche mit Membran assoziierten Proteine pumpen Substanzen von innen nach außen

• manche bilden Kanäle von außen nach innen (sie regulieren also welche Substanzen in das Innere des Neurons gelangen dürfen)

verleiht Neuron seine charakteristische Form (Grundstruktur)

• Elemente des Cytoskeletts sind dynamisch reguliert und kontinuierlich in Bewegung

  • d.h. Neuron kann kontinuierlich wachsen/Form ändern

  
  

besteht aus 3 Strukturen:

• 1) Mikrotubuli

  2) Mikrofilamente

  3) Neurofilamente

= gerades dickwandiges Rohr

• Durchmesser: 20nm (recht groß)

• verlaufen längs des Axons in Richtung Neuriten

• Wand besteht aus kleinen Strängen, wickeln sich um hohlen Kern

• Jeder Strang besteht aus Protein Tubulin (klein, kugelförmig)

• Proteine wie Perlen auf Schnur aufgereiht

• regeln Form und (De-)Polymerisierung durch Signale im Neuron

= Verknüpfung kleiner Proteine, um langen Strang zu bilden

= entstehender Strang

= Proteine, die an Regulierung des Zusammenbaus und Funktion von Mikrotubuli beteiligt sind

• verankern Mikrotubuli miteinander und mit anderen Bausteinen des Neurons

= Pathologischen Veränderungen im axonalen MAP

• führt zu Demenz, die bei Alzheimer-Krankheit auftritt

= 2 umeinander gewundene dünne Stränge

• Durchmesser: 5nm (gleich dick wie Zellmembran)

• überall im Neuron, hauptsächlich in Neuriten (verlaufen in Längsrichtung)

• diese Stränge = Polymere des Proteins Aktin

  • Aktin = häufigstes Protein in allen Zellen und Neuronen

  • wsl wichtig für Veränderung der Zellform

• wirken mit beim Mechanismus der Muskelkontraktion

• werden wie Mikrotubuli ständig auf- und abgebaut

• eng mit Membran assoziiert (durch Netzwerk von faserförmigen Proteinen in Membran verankert)

= „Knochen des Skeletts“ (sind fest)

• Durchmesser: 10nm (mittelgroß)

• Kommen in allen Körperzellen als Intermediärfilamente vor (z.B. Keratin —> bildet Haare) —> in Neuronen allerdings als Neurofilamente bezeichnet

• bestehen aus mehreren Bausteinen, welche zu seilförmiger Struktur umeinandergewunden sind

• jeder Strang besteht aus einzelnen langen Proteinmolekülen (macht Neurofilamente mechanisch widerstandsfähig)

• sie stützen also die Zellen

Nur bei Neuronen! (Soma, Organellen, Membran, Cytoskelett auch in allen Zellen)

• wichtig für Infoübertragung im NS (v.a. an entfernter liegende Orte)

• Länge des Axons: 1mm – 1m —> oft verzweigt (Axonkollaterale)

• Durchmesser variiert: 1μm – 25μm (beim Menschen), bis 1mm (beim Tintenfisch)

• Variabilität der Axongröße wichtig:

  • Geschwindigkeit der Weiterleitung von Signalen abhängig vom Durchmesser des Axons

  • Je dicker, desto schneller

= Verzweigungen zwischen Axonen

= Seitenäste der Axone, die mit Dendriten von Nachbarzelle oder der eigenen Zelle kommunizieren

1) Axonhügel (Beginn des Axons)

2) Axon proper (eigentliches Axon)

3) Axonterminal (Ende des Axons = Synapsen)

• Raues ER erstreckt sich nicht bis ins Axon

  • —> in reifen Axonen wenige/keine freien Ribosomen (d.h. auch keine Proteinsynthese

  • d.h. wiederum Proteine stammen aus Soma

• Proteinzusammensetzung der Axonmembran grundlegend anders als die der Somamembran

„Synapsenendknöpfchen“ (SEK)

= Ende des Axons (gewölbte Scheibe)

= Stelle, wo Axon mit Dendriten/Soma anderer Neuronen in Kontakt tritt und an diese Infos überträgt

= Verzweigungen des Axons insgesamt

• manchmal besitzen Axone viele Verzweigungen an ihren Enden und jede Verzweigung bildet mit Dendriten oder Zellkörpern im selben Bereich Synapsen

• manchmal bilden Axone auf ihrer gesamten Länge an Aufwölbungen (= boutons en passant) Synapsen, setzen sich dann fort und enden woanders

= Prozess des Synapsenkontaktes zwischen Neuron und anderer Zelle

• - Mikrotubuli: Mikrotubuli nicht bis ins Endknöpfchen

• + Vesikel: SEK enthält synaptische Vesikel (viele kleine Membranbläschen mit Durchmesser 50nm)

• + Proteine: Innere Oberfläche der Membran (zeigt zur Synapse) dicht bedeckt mit vielen Proteinen

• + mehr Mitochondrien: SEK enthält viele Mitochondrien, da hier hoher Energiebedarf zur Infoweitergabe

= Kontaktstellen

• bestehen aus:

  • Präsynaptischer Membran (Membran auf Unterseite des Axonterminals = Endknöpfchen)

  • Postsynaptischer Membran (Membran von Dendriten oder Soma des anderen Neurons)

= Raum zwischen prä- und postsynaptischer Axonterminale

• Elektrischer Nervenimpuls entlang Axon an präsynaptische Axonterminale

• Im SEK in chemisches Signal umgewandelt (= Neurotransmitter)

• NT in synaptischen Vesikeln gespeichert und von dort freigesetzt

• Vesikel schütten NT in synaptischen Spalt frei

• Signal überquert synaptischen Spalt

• NT dockt an Rezeptoren (= Proteine) bei postsynaptischer Membran an

• Chemisches Signal wird bei postsynaptischer Membran wieder in elektrisches umgewandelt

• Infoumwandlung ermöglicht Gehirn große Rechenleistung und wichtig für Gedächtnis und Lernen

• Fehlfunktion der synaptischen Übertragung führt zu bestimmten Geistesstörungen

• Synapse ist auch der Angriffsort für viele Toxine und die meisten psychoaktiven Drogen und Medikamente

= Transport der Proteine aus Zellkörper entlang Axon zu SEK (“abwärts”)

• Besonders am Cytoplasma im Axon: Keine Ribosomen

• Da Ribosomen die Proteinfabriken der Zelle sind, müssen die Proteine des Axons zum Soma transportiert werden

• dann entlang des Axons zu SEK

  • langsamer Transport (1-10mm/Tag)

  • schneller Transport (1000mm/Tag)

z.B. durch Einschleusen von radioaktiven Aminosäuren in Somata von Neuronen

• Aminosäuren zu Proteinen zusammengefügt

• radioaktive Proteine in SEK gemessen

• Transportgeschwindigkeit berechnet

August Waller:

• zeigte, dass Axone nicht erhalten bleiben, wenn man sie von ihrer „Mutterzelle“ trennt

• d.h. wenn man Axonen durchtrennt, bauen sie ab

• tritt also auf, wenn normaler Materialfluss von Soma zu SEK unterbrochen

  • mit bestimmten Färbemethoden nachweisbar

  • mithilfe der WD Axonverbindungen im Gehirn verfolgbar

1) Anterograder Transport

2) Retrograder Transport

—> werden beide genutzt, um Verbindungen im Gehirn zu verfolgen

Material durch Protein Kinesin vom Soma zum Axonterminal transportiert

• Transport “abwärts”

• Kinesin wandert die Mikrotubuli des Axons entlang zu Endknöpfchen

• Vorgang durch ATP angetrieben

Anterograder Transport

Material durch Protein Dynein vom Axonterminal zu Soma transportiert

• Transport “aufwärts”

• liefert Signale über Veränderungen des Stoffwechselbedarfs am SEK (= feedback-Info)

Retrograder Transport

(griechisch = „Baum“)

= Antennen des Neurons (mit tausenden Synapsen bedeckt)

= Gesamtheit der Dendriten eines Neurons

= jede Verzweigung des Baumes

= spezialisierte Proteinmoleküle

• erkennen NT im synaptischen Spalt

• sind zahlreich in der Dendritenmembran unter der Synapse (in der postsynaptische Membran) enthalten

= postsynaptische Membran

• enthält viele Proteinmoleküle, die Rezeptoren bilden, damit NT dort andocken kann

• d.h. Rezeptoren erkennen NT im synaptischen Spalt

= spezialisierte Strukturen auf Dendriten

• empfangen bestimmte synaptisch ankommende Signale

• sehen aus wie kleine Sandsäcke die an Dendriten hängen

• dienen dazu, biochemische Reaktionen isoliert ablaufen zu lassen, die durch synaptische Signale aktiviert werden

• beeinflusst durch Art und Ausmaß der synaptischen Aktivität

• ungewöhnliche Veränderungen der Dornenfortsätze in Gehirnen von Personen mit kognitiven Beeinträchtigungen gefunden

• Ist angefüllt mit Elementen des Cytoskeletts (Neurofil, Mikrofil, Mikrot) und der Mitochondrien

• Aber: in Dendriten gibt es Polyribosomen ( = wenn mehrere freie Ribosomen wie auf einer Schnur aufgereiht erscheinen)

• Gehirnfunktionen stark abhängig von genauer Verschaltung synaptischer Verbindungen

• Dornenfortsätze bilden sich während der fetalen Entwicklung/Kleinkindalter/Kindheit

• in dieser Entwicklungsphase sehr empfindlich für Störungen

• meist scheinen Gehirne oberflächlich normal, aber haben veränderte dendritische Struktur (weniger und lange/dünne Dornfortsätze)

= wenn Störung der Gehirnentwicklung, die zu unterdurchschnittlichen kognitiven Fähigkeiten führt, (adaptives) Verhalten im Alltag beeinträchtigt

Intelligenz des Bevölkerungsdurchschnitts normalverteilt mit

μ = 100, σ = 15

• 68% innerhalb von 15 Punkten um den Durchschnitt

• 95% innerhalb von 30 Punkten

• IQ unter 70 = geistig behindert (2-3% aller Menschen)

1) Genetische Störungen

2) Ereignisse während Schwangerschaft und Geburt

3) Umgebungsbedingte Verarmung während Kindesalters

—> Einige Fälle erkennbar anhand physischer Merkmale (gehemmtes Wachstum, Anomalien in Struktur von Kopf/Hände/Füße …)

—> Meisten Fälle anhand von Verhaltensauffälligkeiten erkennbar

• hiermit hängen die schwersten Formen von geistigen Behinderungen zusammen

z.B. Phenylketonurie

= Defekt des Leberenzyms, das Aminosäure „Phenylalanin“ metabolisiert

• Kinder, die damit geboren sind, hohe Konzentration an Phenylalanin im Blut und Gehirn

• ohne Behandlung Gehirnentwicklung gehemmt

z.B. Trisomie-21 („Down-Syndrom“)

= Fetus besitzt zusätzliche Kopie des Chromosoms 21

• stört Genexpression während Gehirnentwicklung

• Infektion der Mutter mit Röteln

• Neugeborenenasphyxie (Erstickung)

• übermäßiger Alkoholkonsum während Schwangerschaft (FAS = Fetales Alkoholsyndorm —> führt zu Entwicklungsstörungen)

• …

(wsl am meisten für die Fälle verantwortlich)

z.B. Unterernährung/Fehlen gesunder Ernährung, fehlende Sozialisierung, fehlende sensorische Stimulierung …

Mithilfe Golgi-Färbung

• zeigt deutliche Veränderung der Dendritenstruktur

  • Dornfortsätze ungewöhnlich lang und dünn

  • Ähneln denen des normalen menschlichen Fetus

  • Zurückzuführen auf Versagen des normalen Aufbaus von Schaltkreisen im Gehirn

    
    

• Entwicklung von Synapsen und Reifung der Dornfortsätze stark abhängig von Umgebung während Kleinkindalter und frühen Kindheit

• Viele Veränderungen im Gehirn umkehrbar, wenn früh genug erkannt und eingegriffen!

Klassifikationsschemata basieren auf auf der Morphologie von Dendriten, Axonen und der Strukturen, die sie innervieren

1) aufgrund neuronaler Struktur

2) aufgrund Genexpression

• Unipolar (1 Neurit)

• Bipolar (2)

• Multipolar (3+) —> am meisten im Gehirn

• Sternzellen (in Hirnrinde, manche bedornt/manche nicht)

• Pyramidenzellen (in Hirnrinde, alle bedornt)

• Dornfortsätze (vorhanden —> bedornte Zelle, nicht vorhanden —> unbedornte Zelle)

Pyramidenzelle

Sternzelle

• Sensorische Neuronen

• Motorische Neuronen

• Interneuronen

= Neurone, die Neuriten an den sensorischen Oberflächen des Körpers besitzen (z.B. in der Haut oder in der Retina des Auges)

• liefern Infos über Umwelt an NS über Sinnesorgane

= Neuronen, die Axone haben, die an Muskeln Synapsen bilden und Bewegungen auslösen

= Neuronen, die mit anderen Neuronen verknüpft sind

• erhalten Input von anderen Neuronen und schicken Output an andere Neuronen

• am häufigsten

• Golgi-Typ1-Neuronen („Projektionsneuronen“)

  • lange Axone, erstrecken sich von einem Gehirnteil in einen anderen

  • z.B. Pyramidenzellen oder motorische Neuronen (für Kontrolle der Zehen)

• Golgi-Typ2-Neuronen („lokale Schaltkreisneuronen“)

  • kurze Axone, erstrecken sich nicht über Umgebung des Zellkörpers hinaus

  • z.B. Sternzellen oder Interneuronen  

• Unterschiede in Genexpression —> unterschiedliche Formen (Stern- oder Pyramidenzellen)

• Wenn genetischer Unterschied bekannt —> transgene Mäuse geschaffen für detaillierte Untersuchung von Neuronen

• oft in Forschung verwendet

• in Gen einer Qualle entdeckt (wenn mit richtiger Wellenlänge bestrahlt, leuchtet grün und somit Neuron sichtbar)

 1) Fremdes Gen einschleusen, das fluoreszierendes Protein codiert

2) Unter Kontrolle eines zellspezifischen Promotors gebracht

3) Beleuchtung mit Lichtquelle —> Neuron, in dem das Gen ist, wird sichtbar

Neurotransmitterunterschiede entstehen aus Unterschieden in Proteinexpression, die an Transmittersynthese, -speicherung und -verwendung beteiligt sind

• z.B. Motorische Neuronen, die willkürliche Bewegungen kontrollieren, setzen an Synapsen NT Acetylcholin frei

• = cholinerg (d.h. sie exprimieren Gene, die Verwendung dieses NT erlauben)

• Gruppen von Zellen, die gemeinsamen NT verwenden, bilden NT-Systeme

• Unterschiedliche Neuronenklassen im Gehirn lassen sich auf der Basis der exprimierten Gene identifizieren

• Das Wissen, dass ein Gen ausschließlich in einem ganz bestimmten Neuronentyp exprimiert wird, kann helfen den Beitrag dieses Zelltyps zur Gehirnfunktion zu klären

• ChAT = Enzym, das NT Acetylcholin synthetisiert

  • wird nur in cholinergen Neuronen exprimiert, die Acetylcholin als Transmitter benutzen

  • nur diese Neuronen besitzen Transkriptionsfaktoren für Promotor dieses Gens

• in Genom einer Maus wird Transgen eingeschleust

• fremdes Transgen steht aufgrund seiner gentechnischen Modifikation unter der Kontrolle desselben Promotors (also ChAT-Promotor)

• dieses fremde Transgen wird auch nur in cholingeren Neuronen exprimiert

• wenn Transgen das Enzym Cre-Rekombinase exprimiert, kann man Mäuse züchten, bei denen ein Gen nur in einem ganz bestimmten Neuronentyp ausgeschaltet ist

= Enzym (stammt ursprünglich von bakteriellem Virus)

• erkennt kurze DNA-Sequenzen („loxP-Stellen / loxP-Sites“)

• loxP-Sites können auf beiden Seiten eines anderen Gens eingefügt werden

• DNA zwischen loxP-Sites ist „gefloxt“

• Aufgabe: Herauschneiden des Gens zwischen den loxP-Sites

Gliazellen bei Infoverarbeitung bedeutsamer als gedacht

• v. a. bei Unterstützung von Hirnfunktion wichtig

= Gliazellen, die größten Teil des Raumes ausfüllen, der nicht von Neuronen und Blutgefäßen besetzt ist

• häufigste Gliazelle im Gehirn

• Abstand zwischen Neuronen und Astrocyten: 20nm

  
  

• beeinflussen, ob Neurit wachsen kann oder sich zurückzieht

• wichtige Funktion: regulieren chemisches Milieu des Extrazellulärraums

• umhüllen z.B. Synapsen im Gehirn und begrenzen Ausbreitung von freigesetzten NT-Molekülen

• regulieren NT: Spezielle Proteine in Membranen entfernen viele NT aktiv aus synaptischem Spalt

• besitzen in Membranen auch Rezeptoren für NT —> diese lösen elektrische und biochemische Reaktionen aus

• kontrollieren genau extrazelluläre Konzentration mehrerer Substanzen, die neuronale Funktion stören können (z.B. regulieren sie Konzentration von Kaliumionen)

Oligodendrogliazellen oder Schwann-Zellen

• Bilden Membranschichten, um Axone zu isolieren  

• Myelinscheide (= gesamte Abdeckung des Axons) umhüllt Axone

• In regelmäßigen Abständen unterbrochen, damit Weiterleitung von Nervenimpulsen beschleunigt

  —> Ranvier´scher Schnürring

1) Ependymzellen

2) Mikroglia

3) Blutgefäße

= Spezielle Zellen, welche die mit Flüssigkeit gefüllten Ventrikel im Inneren des Gehirns auskleiden

• steuern die Zellwanderung während der Gehirnentwicklung

= Phagozyten (Fresszellen)

• Verändern synaptische Verbindungen, indem sie alte Verbindungen schlucken

• Entfernen Überreste abgestorbener/degenerierter Neuronen und Gliazellen

• Können von Blut ins Gehirn wandern

—> Störung dieser Mikrogliainvasion kann Hirnfunktion und Verhalten beeinträchtigen

Liefern Neuronen via Blutstrom wichtige Nährstoffe und Sauerstoff

• Venen

• Arterien

• Kapillare