Was sind Gliazellen und was tun sie?

Wahrscheinlich haben Sie schon von der „grauen Substanz“ des Gehirns gehört, die aus Zellen besteht, die Neuronen genannt werden, aber eine weniger bekannte Art von Hirnzelle ist es, die die „weiße Substanz“ ausmacht. Diese werden Gliazellen genannt.

Was sind Gliazellen?

Ursprünglich glaubte man, dass Gliazellen – auch Glia oder Neuroglia genannt – lediglich strukturelle Unterstützung bieten. Das Wort „Glia“ bedeutet wörtlich „neuraler Klebstoff“. Relativ neue Entdeckungen haben jedoch gezeigt, dass sie alle möglichen Funktionen im Gehirn und in den Nerven, die durch den Körper verlaufen, übernehmen. Infolgedessen ist die Forschung explodiert, und wir haben Bände über sie gelernt. Doch es bleibt noch viel mehr zu lernen.

Typen von Gliazellen

In erster Linie sind Gliazellen die Stütze der Nervenzellen. Betrachten Sie sie als Sekretariatspool für Ihr Nervensystem sowie für das Hausmeister- und Wartungspersonal. Sie erledigen vielleicht nicht die großen Aufgaben, aber ohne sie würden diese großen Aufgaben niemals erledigt werden.

Gliazellen gibt es in verschiedenen Formen, von denen jede bestimmte spezifische Funktionen ausübt, die dafür sorgen, dass Ihr Gehirn richtig funktioniert – oder auch nicht, wenn Sie eine Krankheit haben, die diese wichtigen Zellen beeinträchtigt.

Es gibt fünf Typen, die in Ihrem ZNS vorkommen:

• Astrozyten
• Oligodendrozyten
• Mikroglia
• Ependymale Zellen
• Radiale Glia

Sie haben auch Gliazellen in Ihrem peripheren Nervensystem (PNS), das die Nerven in den Extremitäten umfasst, die von der Wirbelsäule entfernt sind. Es gibt zwei Arten von Gliazellen:

• Schwann-Zellen
• Satelliten-Zellen

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Astrozyten

Der häufigste Typ von Gliazellen im Zentralnervensystem ist der Astrozyt, der auch Astroglia genannt wird. Der „Astro“-Teil des Namens bezieht sich auf die Tatsache, dass sie wie Sterne aussehen, mit Projektionen, die über den ganzen Ort hinausgehen.

Einige, die als protoplasmatische Astrozyten bezeichnet werden, haben dicke Projektionen mit vielen Ästen. Andere, faserige Astrozyten genannt, haben lange, schlanke Arme, die sich weniger häufig verzweigen. Der protoplasmatische Typ findet sich im Allgemeinen bei Neuronen in der grauen Substanz, während die faserigen typischerweise in der weißen Substanz zu finden sind. Trotz dieser Unterschiede erfüllen sie ähnliche Funktionen.

Astrozyten haben mehrere wichtige Aufgaben, darunter

• Bildung der Blut-Hirn-Schranke (BHS). Die BHS ist wie ein strenges Sicherheitssystem, das nur Substanzen einlässt, die eigentlich in Ihrem Gehirn sein sollten, während es Dinge, die schädlich sein könnten, fernhält. Dieses Filtersystem ist unerlässlich, um Ihr Gehirn gesund zu erhalten.
• Es reguliert die Chemikalien um die Nervenzellen herum. Die Art und Weise, wie Neuronen kommunizieren, erfolgt über chemische Botenstoffe, die Neurotransmitter genannt werden. Sobald eine Chemikalie ihre Botschaft an eine Zelle übermittelt hat, sitzt sie im Grunde genommen dort und bringt die Dinge durcheinander, bis ein Astrozyt sie durch einen Prozess namens Wiederaufnahme wieder aufnimmt. Der Wiederaufnahmeprozess ist das Ziel zahlreicher Medikamente, darunter auch Antidepressiva. Astrozyten säubern auch das, was zurückbleibt, wenn eine Nervenzelle stirbt, sowie überschüssige Kaliumionen, also Chemikalien, die eine wichtige Rolle bei der Nervenfunktion spielen.
• Sie regulieren den Blutfluss zum Gehirn. Damit Ihr Gehirn Informationen richtig verarbeiten kann, benötigt es eine bestimmte Menge Blut, die in alle seine verschiedenen Regionen fließt. Eine aktive Region erhält mehr als eine inaktive.
• Synchronisierung der Aktivität von Axonen. Axone sind lange, fadenförmige Teile von Neuronen und Nervenzellen, die Elektrizität leiten, um Nachrichten von einer Zelle zur anderen zu senden.
• Energiestoffwechsel und Homöostase des Gehirns. Sie regulieren den Stoffwechsel im Gehirn, indem sie Glukose aus dem Blut speichern und diese als Brennstoff für die Neuronen bereitstellen. Dies ist eine der wichtigsten Aufgaben der Astrozyten.

Astrozytenfunktionsstörungen wurden potenziell mit zahlreichen neurodegenerativen Erkrankungen in Verbindung gebracht, darunter

• Amyotrophe Lateralsklerose (ALS oder Lou-Gehrig-Krankheit)
• Chorea Huntington
• Parkinson-Krankheit

Tiermodelle der Astrozyten-assoziierten Krankheit helfen den Forschern, mehr über sie zu erfahren, in der Hoffnung, neue Behandlungsmöglichkeiten zu entdecken.

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Oligodendrozyten

Oligodendrozyten stammen aus neuralen Stammzellen. Das Wort setzt sich aus griechischen Begriffen zusammen, die alle zusammen „Zellen mit mehreren Verzweigungen“ bedeuten. Ihr Hauptzweck besteht darin, Informationen entlang der Axone schneller zu transportieren.

Oligodendrozyten sehen aus wie Stachelkugeln. An den Spitzen ihrer Stacheln befinden sich weiße, glänzende Membranen, die sich um die Axone der Nervenzellen wickeln. Ihr Zweck ist es, eine Schutzschicht zu bilden, wie die Kunststoffisolierung auf elektrischen Leitungen. Diese Schutzschicht wird Myelinscheide genannt.

Die Hülle ist jedoch nicht durchgehend. Zwischen jeder Membran gibt es eine Lücke, die als „Ranvier-Knoten“ bezeichnet wird, und dieser Knoten trägt dazu bei, dass sich elektrische Signale effizient entlang der Nervenzellen ausbreiten können. Das Signal hüpft tatsächlich von einem Knoten zum nächsten, was die Geschwindigkeit der Nervenleitung erhöht und gleichzeitig die für die Übertragung benötigte Energie verringert. Signale entlang myelinisierter Nerven können bis zu 200 Meilen pro Sekunde übertragen werden.

Bei der Geburt hat man nur wenige myelinisierte Axone, und die Menge dieser Axone wächst weiter, bis man etwa 25 bis 30 Jahre alt ist. Man nimmt an, dass die Myelinisierung eine wichtige Rolle für die Intelligenz spielt.

Oligodendrozyten sorgen auch für Stabilität und transportieren Energie von den Blutzellen zu den Axonen.

Der Begriff „Myelinscheide“ ist Ihnen vielleicht aufgrund seiner Assoziation mit Multipler Sklerose vertraut. Bei dieser Krankheit geht man davon aus, dass das körpereigene Immunsystem die Myelinscheiden angreift, was zu einer Funktionsstörung dieser Neuronen und einer Beeinträchtigung der Gehirnfunktion führt. Verletzungen des Rückenmarks können ebenfalls zu einer Schädigung der Myelinscheiden führen.

Andere Krankheiten, von denen angenommen wird, dass sie mit Oligodendrozytenfunktionsstörungen einhergehen, sind

• Leukodystrophien
• Oligodendrogliome genannte Tumoren
• Schizophrenie
• Bipolare Störung

Einige Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Oligodendrozyten durch den Neurotransmitter Glutamat geschädigt werden können, der neben anderen Funktionen Bereiche Ihres Gehirns stimuliert, so dass Sie sich konzentrieren und neue Informationen lernen können. In hohen Konzentrationen wird Glutamat jedoch als „Exzitotoxin“ betrachtet, was bedeutet, dass es Zellen überstimulieren kann, bis sie absterben.

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Mikroglia

Wie der Name schon sagt, handelt es sich bei Mikroglia um winzige Gliazellen. Sie fungieren als das hirneigene Immunsystem, was notwendig ist, da die BHS das Gehirn vom Rest Ihres Körpers isoliert.

Mikroglia sind wachsam gegenüber Anzeichen von Verletzungen und Krankheiten. Wenn sie sie entdecken, greifen sie ein und kümmern sich um das Problem – sei es, dass tote Zellen entfernt werden oder ein Gift oder ein Krankheitserreger beseitigt wird.

Wenn sie auf eine Verletzung reagieren, verursachen Mikroglia als Teil des Heilungsprozesses eine Entzündung. In einigen Fällen, wie z.B. bei der Alzheimer-Krankheit, können sie überaktiviert werden und eine zu starke Entzündung verursachen. Man geht davon aus, dass dies zu den Amyloid-Plaques und anderen mit der Krankheit verbundenen Problemen führt.

Neben der Alzheimer-Krankheit gehören zu den Krankheiten, die mit einer mikroglialen Dysfunktion verbunden sein können:

• Fibromyalgie
• Chronische neuropathische Schmerzen
• Autismus-Spektrum-Störungen
• Schizophrenie

Man geht davon aus, dass die Mikroglia darüber hinaus noch viele weitere Aufgaben haben, einschließlich der Rolle bei der lernbegleitenden Plastizität und der Steuerung der Entwicklung des Gehirns, in dem sie eine wichtige Haushaltsfunktion haben.

Unsere Gehirne stellen eine Vielzahl von Verbindungen zwischen Neuronen her, die es ihnen ermöglichen, Informationen hin und her zu leiten. Tatsächlich erzeugt das Gehirn viel mehr von ihnen, als wir brauchen, was nicht effizient ist. Mikroglia erkennen unnötige Synapsen und „beschneiden“ sie, so wie ein Gärtner einen Rosenbusch beschneidet, um ihn gesund zu erhalten.

Die Mikroglia-Forschung hat in den letzten Jahren einen regelrechten Aufschwung genommen und zu einem immer besseren Verständnis ihrer Rolle sowohl für die Gesundheit als auch für Krankheiten des Zentralnervensystems geführt.

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Ependymale Zellen

Ependymzellen

sind vor allem dafür bekannt, dass sie eine Membran bilden, die als Ependyma bezeichnet wird. Es handelt sich dabei um eine dünne Membran, die den zentralen Kanal des Rückenmarks und die Ventrikel (Durchgänge) des Gehirns auskleidet. Sie bilden auch Rückenmarksflüssigkeit.

Ependymzellen sind extrem klein und reihen sich eng aneinander, um die Membran zu bilden. Im Inneren der Ventrikel haben sie Flimmerhärchen, die wie kleine Härchen aussehen und sich hin und her bewegen, um den Liquor zirkulieren zu lassen.

Der Liquor versorgt das Gehirn und die Wirbelsäule mit Nährstoffen und leitet Abfallprodukte aus dem Gehirn und der Wirbelsäule ab. Sie dient auch als Polster und Stoßdämpfer zwischen Gehirn und Schädel. Sie ist auch wichtig für die Homöostase Ihres Gehirns, d.h. für die Regulierung seiner Temperatur und anderer Merkmale, die dafür sorgen, dass es so gut wie möglich funktioniert.

An der BHS sind auch Ependymzellen beteiligt.

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Radial-Glia

Man nimmt an, dass die Radialglia eine Art Stammzelle ist, d.h. dass sie andere Zellen bilden. Im sich entwickelnden Gehirn sind sie die „Eltern“ von Neuronen, Astrozyten und Oligodendrozyten. Als Sie ein Embryo waren, boten sie auch ein Gerüst für sich entwickelnde Neuronen, dank der langen Fasern, die junge Gehirnzellen an ihren Platz führen, während sich Ihr Gehirn bildet.

Ihre Rolle als Stammzellen, insbesondere als Schöpfer von Neuronen, macht sie zum Mittelpunkt der Forschung darüber, wie Hirnschäden durch Krankheit oder Verletzung repariert werden können.

Später im Leben spielen sie auch bei der Neuroplastizität eine Rolle.

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Schwann-Zellen

Schwann-Zellen sind nach dem Physiologen Theodor Schwann benannt, der sie entdeckt hat. Sie funktionieren insofern ähnlich wie Oligodendrozyten, als sie Myelinhüllen für Axone bilden, aber sie existieren eher im peripheren Nervensystem (PNS) als im ZNS.

Anstatt jedoch eine zentrale Zelle mit membranständigen Armen zu sein, bilden Schwann-Zellen Spiralen direkt um das Axon. Die Ranvier-Knoten liegen zwischen ihnen, ebenso wie sie zwischen den Membranen von Oligodendrozyten liegen, und sie unterstützen die Nervenübertragung auf die gleiche Weise.

Schwann-Zellen sind auch Teil des Immunsystems des PNS. Wenn eine Nervenzelle geschädigt wird, haben sie die Fähigkeit, im Wesentlichen die Axone des Nervs zu fressen und einen geschützten Weg für die Bildung eines neuen Axons zu bieten.

Zu den Krankheiten, an denen Schwann-Zellen beteiligt sind, gehören:

• Guillain-Barre‘-Syndrom
• Charcot-Marie-Tooth-Krankheit
• Schwannomatose
• Chronisch-entzündliche demyelinisierende Polyneuropathie
• Lepra

Wir haben einige vielversprechende Forschungsarbeiten zur Transplantation von Schwann-Zellen bei Rückenmarksverletzungen und anderen Arten von peripheren Nervenschäden durchgeführt.

Schwann-Zellen sind auch an einigen Formen von chronischen Schmerzen beteiligt. Ihre Aktivierung nach einer Nervenschädigung kann zu einer Funktionsstörung einer Art von Nervenfasern, den so genannten Nozizeptoren, beitragen, die Umweltfaktoren wie Hitze und Kälte wahrnehmen.

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Satelliten-Zellen

Satellitenzellen erhalten ihren Namen von der Art und Weise, wie sie bestimmte Neuronen umgeben, wobei mehrere Satelliten eine Hülle um die Zelloberfläche bilden. Wir fangen gerade erst an, etwas über diese Zellen zu erfahren, aber viele Forscher glauben, dass sie Astrozyten ähnlich sind. Satellitenzellen befinden sich jedoch im peripheren Nervensystem, im Gegensatz zu Astrozyten, die im zentralen Nervensystem zu finden sind.

Der Hauptzweck von Satellitenzellen scheint die Regulierung der Umgebung um die Nervenzellen zu sein, um die Chemikalien im Gleichgewicht zu halten.

Die Neuronen, die über Satellitenzellen verfügen, bilden etwas, das Gangila genannt wird, das sind Ansammlungen von Nervenzellen im autonomen Nervensystem und im Sinnessystem. Das autonome Nervensystem reguliert Ihre inneren Organe, während Ihr sensorisches System es Ihnen ermöglicht, zu sehen, zu hören, zu riechen, zu tasten, zu fühlen und zu schmecken.

Satellitenzellen versorgen die Nervenzelle mit Nährstoffen und nehmen Schwermetallgifte wie Quecksilber und Blei auf, um zu verhindern, dass sie die Nervenzellen schädigen.

Es wird auch vermutet, dass sie beim Transport verschiedener Neurotransmitter und anderer Substanzen helfen:

• Glutamat
• GABA
• Noradrenalin
• Adenosintriphosphat
• Stoff P
• Capsaicin
• Acetylcholin

Wie die Mikroglia erkennen auch die Satellitenzellen Verletzungen und Entzündungen und reagieren darauf. Ihre Rolle bei der Reparatur von Zellschäden ist jedoch noch nicht gut verstanden.

Satellitenzellen werden mit chronischen Schmerzen in Verbindung gebracht, die eine Verletzung des peripheren Gewebes, Nervenschäden und eine systemische Schmerzverstärkung (Hyperalgesie) als Folge einer Chemotherapie mit sich bringen können.

Vieles von dem, was wir über Gliazellen wissen, glauben oder vermuten, ist neues Wissen. Diese Zellen helfen uns zu verstehen, wie das Gehirn funktioniert und was passiert, wenn Dinge nicht so funktionieren, wie sie sollen.

Es ist sicher, dass wir noch viel mehr über Gliazellen lernen müssen, und wir werden wahrscheinlich neue Therapien für unzählige Krankheiten erhalten, wenn unser Wissenspool wächst.

Quellen für Artikel (einige auf Englisch)

1. Universität von Queensland. Queensland-Hirn-Institut. Arten von Glia.
2. Chung WS, Allen NJ, Eroglu C. Astrozyten steuern Synapsenbildung, Funktion und Elimination. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2015;7(9):a020370. doi:10.1101/cshhperspect.a020370
3. Barbeito L. Astrozyten-basierte Zelltherapie: Neue Hoffnung für Patienten mit Amyotropher Lateralsklerose? Stammzell-Res-Ther. 2018;9(1):241. doi:10.1186/s13287-018-1006-y
4. Nickel M, Gu C. Regulation der Myelinisierung des Zentralnervensystems bei höheren Hirnfunktionen. Neuronaler Plast. 2018;2018:6436453. doi:+10.1155/2018/6436453
5. Duncan ID, Radcliff AB. Vererbte und erworbene Störungen des Myelins: Die zugrunde liegende Myelin-Pathologie. Expandieren Sie Neurol. 2016;283(Pt B):452-75. doi:10.1016/j.expneurol.2016.04.002
6. Briançon-Marjollet A, Balenci L, Fernandez M, et al. NG2-exprimierende Glia-Vorläuferzellen sind eine neue potenzielle Oligodendrogliom-Zell-initiierende Population in der N-Ethyl-N-Nitrosoharnstoff-induzierten Gliomagenese. Karzinogenese. 2010;31(10):1718-25. doi:10.1093/carcin/bgq154
7. Takahashi N, Sakurai T, Davis KL, Buxbaum JD. Verbindung von Oligodendrozyten- und Myelin-Dysfunktion mit Anomalien der Neuroschaltkreise bei Schizophrenie. Prog Neurobiol. 2011;93(1):13-24. doi:10.1016/j.pneurobio.2010.09.004
8. Konradi C, Sillivan SE, Clay HB. Mitochondrien, Oligodendrozyten und Entzündung bei bipolarer Störung: Belege aus Transkriptomstudien weisen auf faszinierende Parallelen zur Multiplen Sklerose hin. Neurobiol Dis. 2012;45(1):37-47. doi:10.1016/j.nbd.2011.01.025
9. Dong YX, Zhang HY, Li HY, Liu PH, Sui Y, Sun XH. Zusammenhang zwischen der Pathogenese der Alzheimer-Krankheit und der frühen Demyelinisierung und Dysfunktion der Oligodendrozyten. Neuraler Regen Res. 2018;13(5):908-914. doi:10.4103/1673-5374.232486
10. Kanno H, Pearse DD, Ozawa H, Itoi E, Bunge MB. Schwannzelltransplantation zur Reparatur von Rückenmarksverletzungen: ihr bedeutendes therapeutisches Potenzial und ihr Prospekt. Rev. Neurowissenschaften. 2015;26(2):121-8. doi:10.1515/revneuro-2014-0068

Zusätzliche Lektüre

• Kriegstein A, Alvarez-Buylla A. Der gliale Charakter von embryonalen und adulten neuralen Stammzellen. Jahresbericht der Neurowissenschaften. 2009;32:149-84.
• Gosselin RD, Suter MR, Ji RR, Decosterd I. Gliazellen und chronischer Schmerz. Neurowissenschaftlerin. 2010 Okt;16(5):519-31.
• Ohara PT, Vit JP, Bhargava A, Jasmin L. Beweise für eine Rolle von Connexin 43 bei trigeminalen Schmerzen unter Verwendung der RNA-Interferenz in Vivo. Zeitschrift für Neurophysiologie. 2008 Dez;100(6):3064-73.