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Wie verändert starker Alkoholkonsum in der Jugend das Gehirn?
Späte Spuren im Gehirn: Wiederholte rauschtrinkähnliche Alkoholgaben in der Jugend haben bei männlichen Ratten die Kommunikation zwischen Astrozyten und Synapsen im Hippocampus langfristig gestört. Die Veränderungen blieben nach 26 Tagen Abstinenz bis ins Erwachsenenalter bestehen. Eine gezielte Aktivierung der Astrozyten konnte Teile der gestörten Furchtreaktion und Signalübertragung wieder abmildern.
Huntington (U.S.A.). Astrozyten galten lange vor allem als Stütz- und Versorgungszellen des Gehirns, doch inzwischen ist klar, dass ihre feinen Fortsätze Synapsen umhüllen und deren chemische Umgebung sowie die Signalübertragung mitregeln. Gerade während der Hirnreifung könnte eine Störung dieser Kommunikation deshalb weitreichende Folgen haben.
Forscher der Marshall University (MU) um Dr. Mary-Louise Risher haben nun untersucht, was wiederholte Alkoholexposition während der Jugend mit dieser Verbindung zwischen Astrozyten und Nervenzellen macht. Insgesamt umfasste die Untersuchung 178 männliche Sprague-Dawley-Ratten, die zwischen dem 30. und 45. Lebenstag insgesamt zehn hohe Ethanoldosen nach einem intermittierenden Schema erhielten. Ein Teil wurde direkt nach der letzten Gabe untersucht, ein weiterer erst nach 26 Tagen ohne Alkohol im Erwachsenenalter.
Mit hochauflösender STED-Mikroskopie analysierte das Team zunächst die sogenannte tripartite Synapse, bei der die beiden Nervenzellseiten einer Synapse und die sie umhüllenden Astrozytenfortsätze eine funktionelle Einheit bilden. Nach der Alkoholexposition lagen diese Astrozytenfortsätze weiter von den Synapsen entfernt, und diese strukturelle Entkopplung war auch nach der Abstinenz im Erwachsenenalter noch nachweisbar.
Auch funktionell blieb die Verbindung gestört: Reizten die Forscher Nervenfasern im dorsalen Hippocampus, reagierten die Astrozyten erwachsener zuvor alkoholexponierter Tiere mit schwächeren Kalziumsignalen. An fehlendem Glutamat lag dies offenbar nicht, denn in der Umgebung der Astrozyten war nach der Nervenreizung sogar mehr davon verfügbar. Die Daten sprechen daher für eine anhaltende Funktionsstörung der Astrozyten selbst.
„Wachsende Befunde der vergangenen Jahre zeigen eine vielversprechende neue Rolle von Astrozyten bei der Steuerung synaptischer Aktivität und von Verhaltensreaktionen“, sagt Olivia Coulter von der Marshall University (MU).
Ob diese Zellveränderungen auch das Verhalten beeinflussen, testete das Team mit einer kontextabhängigen Furchtkonditionierung, bei der die erwachsenen Tiere nach der jugendlichen Alkoholexposition eine verstärkte Furchtreaktion zeigten. Gleichzeitig verfolgten die Forscher mit Faserphotometrie Kalzium- und Botenstoffsignale im Hippocampus.
Dann aktivierten sie die Astrozyten chemogenetisch, also über künstlich eingebrachte Rezeptoren, die sich gezielt anschalten lassen. Dadurch wurde die übersteigerte Furchtreaktion teilweise abgeschwächt, zudem stellte die Aktivierung den Zusammenhang zwischen Adenosinsignalen und dem Erstarren der Tiere während der Furchtkonditionierung wieder her. Die Verfügbarkeit von Gliotransmittern, also von Astrozyten abgegebenen Botenstoffen, verbesserte sich ebenfalls, die Glutamat-Homöostase erholte sich jedoch nicht vollständig.
Die Ergebnisse verknüpfen damit drei Ebenen: die räumliche Nähe von Astrozyten und Synapsen, die Signalantwort der Astrozyten und das spätere Verhalten der Tiere. Sie liefern Hinweise darauf, dass Astrozyten nicht nur Begleiterscheinungen der alkoholbedingten Veränderungen zeigen, sondern an der anhaltenden Fehlregulation im Hippocampus beteiligt sind.
Die Studie ist allerdings eine präklinische Untersuchung ausschließlich an männlichen Ratten und zeigt daher weder, dass derselbe Mechanismus bei Jugendlichen auftritt, noch dass eine Astrozytenbehandlung beim Menschen wirksam wäre. Auch die chemogenetische Aktivierung ist ein experimentelles Werkzeug, das natürliche Kalziumsignale nicht vollständig nachbildet.