Mechanismus der Regulation des Wasserhaushalts im Gehirn entdeckt

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Störungen des Wasserhaushalts im Gehirn bilden die Ursache für Krankheitsbilder wie beispielsweise Hydrocephalus. Wissenschaftler der Universität Heidelberg haben einen Mechanismus entdeckt, der die Fließgeschwindigkeit und die -richtung des Wassereinstroms zwischen Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit und Gehirnzellen reguliert. Die Ergebnisse wurden im "Journal of Biological Chemistry" veröffentlicht.

"Sowohl zu viel als auch zu wenig Wasser im Gehirn kann lebensbedrohlich werden: Der Wassertransport ist für die Erhaltung des Hirnvolumens und der Hirnfunktion essenziell, da er die Konzentration von Signalmolekülen im Gehirn beeinflusst", erklärt Forschungsleiterin Francesca Ciccolini. Das Wasser zirkuliert zwischen Blutgefäßen, der Cerebrospinalflüssigkeit sowie innerhalb und außerhalb von Hirnzellen. Es folgt dabei dem osmotischen Gefälle. Die Fließgeschwindigkeit wird größtenteils durch das Vorhandensein von Wasserkanälen in der Zellmembran beeinflusst, den Aquaporin-Kanalproteinen (AQP), die je nach Bedarf in die Zellmembran eingebaut werden. Im Allgemeinen führt eine Phosphorylierung der AQP-Kanalproteine zum Ausbau aus der Zellmembran und somit zum verminderten Ein- und Ausströmen von Wasser.

Die Forscher haben nun den Mechanismus entdeckt, der den Einbau eines bestimmten AQP-Kanalproteins in ependymalen Gehirnzellen kontrolliert, die als Barriere zwischen Gehirn und Ventrikelsystem dienen. Dadurch wird die Fließgeschwindigkeit des Wassereinstroms zwischen Cerebrospinalflüssigkeit und Gehirnzellen reguliert. Eine zentrale Rolle bei diesem Mechanismus spielen der Neurotransmitter Gamma-Aminobuttersäure (GABA) und die GABAA-Rezeptoren. "Die GABAA-Rezeptoren haben mit ihrer biologischen Rolle in der dämpfenden Regulierung neuronaler Aktivität eine große Bedeutung in der Medizin", erklärt Ciccolini. "Die Modulatoren von GABAA-Rezeptoren werden gewöhnlich als Medikamente in einem großen Spektrum medizinischer Behandlungen eingesetzt, etwa zur Betäubung in der Anästhesie, zu Induzierung von Muskelerschlaffung, zur Verhinderung von Schlaganfällen, um Angst zu mindern und um den Symptomen eines Alkoholentzuges entgegenzuwirken. Deswegen zeigen die Ergebnisse auch das Risiko von Therapien, die Modulatoren von GABAA-Rezeptoren einsetzen und damit potenzielle Nebenwirkungen auf die zugrunde liegende Regulation des Wasserhaushaltes im Gehirn haben."

Die Wissenschaftler konnten zudem nachweisen, dass der neu entdeckte Mechanismus für die Beseitigung von überschüssiger Flüssigkeit aus dem Cerebrospinalraum wichtig ist und daher auch eine große Rolle bei der Behandlung von Hydrocephalus-Erkrankungen spielen kann. In künftigen Studien soll geklärt werden, ob dieser Mechanismus der AQP-Regulation auf weitere Gehirnregionen übertragen werden kann.