Zusammenhang zwischen Schlaf und neuronalen Veränderungen enthüllt

Schlaf ist rhythmusabhängig, d.h. abhängig vom biochemischen Mechanismus der circadianen Uhr bzw. Tag-Nacht-Rhythmus. Gesteuert wird dieser über eine Gruppe von Neuronen im Gehirn, die im 24-Stunden-Zyklus Veränderungen auf körperlicher, mentaler und Verhaltensebene bewirken.

Die Wissenschaftler untersuchten nun die rhythmische synaptische Plastizität (Veränderungen der Stärke neuronaler synaptischer Kontakte) am gut definierten Zebrafischmodell. Das EU-finanzierte Projekt SLEEP PLASTICITY (The role of rhythmic synaptic plasticity in regulating sleep and behavioral performance) charakterisierte synaptische Proteinfunktionen in neuronalen Schaltkreisen, die an der rhythmischen und schlafabhängigen synaptischen Plastizität beteiligt sind.

Entwickelt wurde ein Hypocretin/Orexin (HCRT) Knockout-Narkolepsie-Modell, um die Funktion von HCRT-Neuronen zu untersuchen und NTS-Neuronen (Neurotensin sezernierende Neuronen) im Hypothalamus zu identifizieren. Die Fische zeigten verstärkte Schlaf- und Schlaf/Wach-Übergänge sowie veränderte Reaktionen auf externe Schall- und Lichtreize. Weiterhin wurde die Interaktion zwischen NTS-sezernierenden Neuronen und dem HCRT-System bestätigt.

Mittels Live-Bildgebung und an einem MCT8-Knockout-Mutanten (Monocarboxylat-Transporter 8) deutet sich ein Zusammenhang zwischen Defizienz beim Thyroidhormontransporter, geringerer Synapsendichte in mehreren neuronalen Verschaltungen und erhöhtem Schlafbedürfnis an. Eine MCT8-Defizienz beim Menschen stört die Produktion des Schilddrüsenhormons und führt zu geistiger Retardierung.

Ein weiterer transgener Zebrafisch mit einer Defizienz im Protein Nptx2a (neuronales Pentraxin II) zeigte eine reduzierte Bewegungsreaktion auf Licht-Dunkel-Übergangszustände und einen Schallreiz bei reduzierter Synapsendichte. Diese Ergebnisse zeigen, dass Nptx2a die lokomotorische Reaktion auf äußere Reize beeinträchtigt, da es die strukturelle synaptische Plastizität in exzitatorischen neuronalen Schaltkreisen verändert.

Sind die Vorgänge während des Schlafens genauer geklärt, könnten neue Medikamente gegen schwere Schlafstörungen entwickelt werden, unter denen ein großer Teil der Bevölkerung leidet. Das neue Zebrafischmodell für Narkolepsie und andere Störungen könnten eine wichtige Ausgangsbasis für umfassende pharmazeutische Tests an Wirbeltieren sein.

SLEEP PLASTICITY stellte seine Ergebnisse in zahlreichen Beiträgen in renommierten Fachzeitschriften wie Journal of Neuroscience, Frontiers in Neural Circuits, Journal of Comparative Neurology, Journal of Biological Chemistry und PLoS Genetics vor.