Der Erfolg bei der Kartierung des kompletten neuronalen Netzes männlicher und weiblicher Würmer ist ein wichtiger Fortschritt beim Verständnis der Funktion des Nervensystems.
Unser Nervensystem ist eine komplizierte Verbindung von Nerven und speziellen Zellen namens Neuronen die Signale an verschiedene Körperteile weiterleiten. Menschlich Einnahme von Medikamenten hat Milliarden von Neuronen, die über ein großes Netzwerk synaptischer Verbindungen kommunizieren. Das Verständnis der „elektrischen Verdrahtung“ von Verbindungen im Nervensystem ist wichtig, um seine Bereitstellung von Kohäsionsfunktion(en) zu verstehen und das Verhalten des Organismus zu modellieren.
In einer am 3. Juli veröffentlichten Studie in Naturhaben Forscher das erste vollständige Konnektivitätsdiagramm des Nervensystems beider Geschlechter des Tieres beschrieben – Nematoden C. elegans. Dieser winzige 1 mm lange erwachsene Spulwurm hat nur etwa 1000 Zellen und daher ist sein Nervensystem mit nur etwa 300-400 Neuronen sehr einfach. C. elegans wurde aufgrund von Ähnlichkeiten mit dem Menschen als Modellsystem in den Neurowissenschaften verwendet. Es gilt als gutes Modell, um das komplexe menschliche Gehirn, das aus mehr als 100 Milliarden Neuronen besteht, letztendlich zu verstehen. Eine frühere Studie, die vor mehr als drei Jahrzehnten durchgeführt wurde, hatte die Verbindungen des Nervensystems bei weiblichen Fadenwürmern (Nematoden) kartiert. C. elegans wenn auch weniger detailliert.
In der aktuellen Studie analysierten die Forscher bereits vorhandene und auch neue elektronenmikroskopische Aufnahmen von erwachsenen Männern und Frauen Würmern und setzte sie mit einer speziellen Software zusammen, um vollständige Schaltpläne beider Geschlechter zu erstellen. Dieses Diagramm ist wie eine „neuronale Karte“ und wird „Connectom“ genannt. Die Matrizendiagramme enthielten alle (a) Verbindungen zwischen einzelnen Neuronen, (b) Verbindungen zwischen Neuronen zu Muskeln und anderen Geweben und (c) Synapsen zwischen Muskelzellen des gesamten Tieres. Die synaptischen Bahnen sind bei männlichen und weiblichen Würmern sehr ähnlich, obwohl sich die Anzahl der Synapsen in ihrer Stärke unterscheidet und somit für charakteristische geschlechtsspezifische männliche und weibliche Verhaltensweisen auf mehreren Ebenen verantwortlich sind. Die detaillierte Kartierung vom sensorischen Input zum Endorgan-Output hilft abzuleiten, wie diese Tiere auf ihre äußere Umgebung reagieren und welche Nervenverbindungen für welches Verhalten verantwortlich sind.
Die „Struktur“ des Nervensystems des Wurms ist ein wichtiger Schritt, um verschiedene neuronale Verbindungen innerhalb des Gehirns, seiner Region und des Nervensystems quantitativ abzubilden, um das Wurmverhalten zu entschlüsseln. Wie sich diese Tiere verhalten, könnte helfen, neuronale Verbindungen zu bestimmen, die ins Stocken geraten und eine Krankheit verursachen können. Viele Moleküle im Nervensystem von Spulwürmern ähneln dem menschlichen Nervensystem. Diese Studie kann uns dabei helfen, die Zusammenhänge im menschlichen Nervensystem und ihre Beziehung zu Gesundheit und Krankheit zu verstehen. Da bekannt ist, dass viele neurologische und psychiatrische Störungen durch ein Problem in dieser „Verdrahtung“ verursacht werden, kann uns das Verständnis der Zusammenhänge helfen, Therapien für verschiedene psychische Erkrankungen zu entwickeln.
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Quelle (n)
1. Cook, SJ et al. 2019. Ganztierische Konnektome beider Geschlechter von Caenorhabditis elegans. Natur. 571 (7763). https://doi.org/10.1038/s41586-019-1352-7
2. White JG et al. 1986. Die Struktur des Nervensystems des Nematoden Caenorhabditis elegans. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 314(1165). https://doi.org/10.1098/rstb.1986.0056
