Nerven bahnen sich ihren Weg

Das gesamte Innenohr entwickelt sich aus einer bestimmten Zellregion auf der Oberfläche von Embryonen, der sogenannten Placode. Verschiedene Studien haben für alle untersuchten Wirbeltierarten gezeigt, dass sich transplantierte Placoden an jeder Stelle des Körpers zu normalen Innenohren entwickeln können. Der LMU-Neurobiologe Professor Hans Straka und sein Doktorand Clayton Gordy haben nun in Kooperation mit Karen Elliott von der Universität Iowa untersucht, wie deren Nervenfasern das Gehirn erreichen und die Funktionalität dieser Verbindungen nachgewiesen. Über ihre Ergebnisse berichten die Wissenschaftler im Fachmagazin Developmental Neurobiology.

Das Innenohr ist sowohl am Hören als auch am Gleichgewichtssinn beteiligt. Reize werden vom Innenohr über Nervenfasern zur weiteren Verarbeitung ans Gehirn weitergeleitet, wo sie in bestimmten Regionen des Rautenhirns enden. Um ihr Ziel korrekt zu erreichen, müssen die Nerven also gezielt navigieren können. An Embryonen des Krallenfroschs (Xenopus laevis), einem wichtigen Modellorganismus der Entwicklungsbiologie, haben die Wissenschaftler nun untersucht, wie die Nerven zusätzlich transplantierter Innenohren innerhalb des Zentralen Nervensystems verschaltet werden. Dabei zeigte sich, dass diese Neuronen entlang von bereits vorhandenen Nerven wachsen: Wurden die Placoden in der Nähe des Herzens transplantiert, nutzen die Nervenzellen den Vagusnerv, der aus dem tiefen Hirnstamm kommt und den Herzrhythmus steuert.

Wenn die Placoden ungefähr in der Mitte des Rückens transplantiert werden, entwickelt sich auch dort ein vollständiges Innenohr. „In diesem Fall ist der nächste erreichbare Teil des Zentralnervensystems das Rückenmark“, sagt Straka. „Hier wachsen die Nerven in das Rückenmark hinein und ziehen dann entlang des Rückenmarks in das Rautenhirn. Dort enden sie in dem Bereich, in dem auch die Nervenfasern der normalen Innenohren enden – das System weiß also, an welche Stelle im Gehirn die Nervenfasern wachsen müssen.“ Die neuen Nervenfasern werden dabei auch funktionell angebunden, verschalten sich also richtig und übertragen Impulse an die Schaltstellen, an die auch die normalen Nervenfasern andocken. Dies konnten die Wissenschaftler nachweisen, indem sie das Gleichgewichtsorgan im transplantierten Ohr stimulierten und zeigten, dass dadurch blickstabilisierende Augenbewegungen ausgelöst werden.

Damit sie im Rückenmark die richtige Richtung einschlagen, nutzen die Nervenfasern vermutlich Moleküle als Orientierungshilfe, deren Konzentrationsgefälle im Körper anzeigt, wo oben und wo unten ist. Vor Ort im Gehirn muss es dann einen anderen Mechanismus geben, der vermutlich ebenfalls mithilfe chemischer Stoffe funktioniert oder durch Versuch und Irrtum nützliche Verbindungen selektioniert und die Fasern an die richtigen Stellen lotst. Langfristig wollen die Wissenschaftler noch besser verstehen, welche Mechanismen bei dieser Verschaltung von Sinnesorganen im Gehirn ablaufen. „Dieses Verständnis könnte zukünftig für eine verbesserte Kompensation von Gleichgewichtsausfällen eine wichtige Rolle spielen“, sagt Straka.Developmental Neurobiology 2018