1. August 2014

Jonas Review über PV+ Interneuronen in Science

IST Austria Professor Peter Jonas und Gruppenmitglieder publizieren einen Überblick über den aktuellen Stand der Forschung • Review erscheint in der dieswöchigen Ausgabe von Science

In einem Review in Science (DOI 10.1126/science.1255263), veröffentlichen Peter Jonas, Professor am IST Austria, und seine Postdocs Hua Hu und Jian Gan einen Überblick über die Rolle von schnell-feuernden, parvalbumin-exprimierenden (PV+) Interneuronen. Im Lauf der letzten 20 Jahre hat die Neurowissenschaft umfassendes Wissen über PV+ Interneuronen sammeln können. Dies bietet NeurowissenschaftlerInnen nun die Möglichkeit, die Lücken in unserem Verständnis zwischen den molekularen, zellulären, Netzwerk- und Verhaltensebenen zu schließen. Das besondere Kennzeichen von PV+ Interneuronen ist, dass sie Signale rasch verbreiten. In ihrem Review analysieren Peter Jonas und Kollegen, wie diese beeindruckende Geschwindigkeit aus den molekularen und zellulären Eigenschaften dieser Interneuronen entsteht, und welchen Beitrag sie zum Funktionieren neuronaler Netzwerke und zu Gehirnerkrankungen leisten.

PV+ Interneurone sind nur eine Minderheit (ca. 2,6%) aller Neurone im Gehirn. Die überwiegende Mehrheit bilden glutamaterge Prinzipalneurone, während inhibitorische GABAerge Neurone, von denen PV+ Interneuronen eine Unterart sind, etwa 10-20% aller Neurone stellen. PV+ Interneurone mögen zwar wie Exoten erscheinen, aber sie sind gut untersucht, da sie unter Versuchsbedingungen zuverlässig identifiziert werden können. Um die Funktion von PV+ Interneuronen zu verstehen, betrachten Peter Jonas und Kollegen zuerst ihre Struktur. PV+ Interneuronen haben viele lange Dendriten, mit denen sie Input von vielen Prinzipalneuronen sammeln. Außerdem sind die Axone sehr verzweigt, so dass PV+ Interneuronen einen massiven inhibitorischen Output auf andere Neurone erzeugen. Physiologisch betrachtet können die PV+ Interneuronen aufgrund der K+ (Kalium-Ionen) Kanäle auf ihren Dendriten die Aktivität vieler Prinzipalneuronen überwachen. Die K+ Kanäle fördern auch die schnelle Einleitung eines Aktionspotentials, des Nervenimpulses. Aufgrund einer extrem hohen Dichte an Na+ (Natrium-Ionen) Kanälen fördern die Axone eine verlässliche und rasche Fortleitung von Aktionspotentialen, sowie eine hochfrequente Aktionspotential-Auslösung. Als Antwort auf ein Aktionspotential wird der Neurotransmitter GABA rasch in die Synapse freigesetzt, da die Synapsen von PV+ Interneuronen für Geschwindigkeit optimiert sind. Einige dieser faszinierenden Eigenschaften entdeckte die Jonas Gruppe in den letzten drei Jahren am IST Austria.

Peter Jonas und Kollegen betrachten dann die Rolle von PV+ Interneuronen in neuronalen Netzwerken, höheren Gehirnfunktionen, Verhalten und Erkrankungen. In kleinen Schaltkreisen ist die schnelle Signalübertragung der PV+ Interneuronen wichtig für ihre Rolle in der Feedforward und Feedback Hemmung. Die zweitere implementiert einen „der Sieger gewinnt alles“ Mechanismus: sobald die Prinzipalneurone mit dem stärksten Input im Schaltkreis feuern, sind alle anderen gehemmt und können keine Signale mehr senden. Das trägt zu fortgeschrittenen Berechnungen in Schaltkreisen und neuronalen Netzwerken bei. Aufgrund des detaillierten Wissens über die PV+ Interneurone können sich Peter Jonas und Kollegen mit der Frage auseinandersetzen, welchen Einfluss diese Art von Neuronen auf höhere Gehirnfunktionen und das Verhalten ausübt.  PV+ Interneurone spielen eine Rolle bei der Unterscheidung von Mustern, der Modulierung von Platz und Gitterfeld Neuronen, der Modulierung von sensorischen Antworten, und der Regulierung von Plastizität und Lernen. Außerdem ist die Funktion von PV+ Interneuronen in vielen neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen verändert, darunter bei Epilepsie, Schizophrenie, Depression, Autismus und Alzheimer’scher Erkrankung. Obwohl wir nun weitreichendes und detailliertes Wissen über PV+ Interneuronen haben, bleibt noch viel über die grundlegenden Funktionen zu lernen, bis PV+ Interneuronen für therapeutische Zwecke eingesetzt werden könnten. 



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