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Vom Muskel zum Verstand: Enthüllung der neural gesteuerten Sekretionen, die unser Gehirn nähren

Vom Muskel zum Verstand: Enthüllung der neural gesteuerten Sekretionen, die unser Gehirn nähren

Nerven veranlassen Muskeln zur Freisetzung von Faktoren, die die Gesundheit des Gehirns fördern, so eine Studie

Christian
November 18, 2024

Wir denken oft, dass unsere Muskeln einfache Gewebe sind, die uns bei der Bewegung helfen, aber neue Forschungen zeigen, dass sie durch einen komplexen Dialog mit unserem Nervensystem eine entscheidende Rolle für die Gesundheit des Gehirns spielen.Eine bahnbrechende Studie, die in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht wurde, hat aufgedeckt, wie Nervenverbindungen zu Muskeln die Produktion von gehirnfördernden Molekülen stimulieren und damit neue Wege zum Verständnis und zur potenziellen Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen eröffnen.

Die neuromuskuläre Verbindung: Wo Nerven auf Muskeln treffen

Im Mittelpunkt dieser Entdeckung steht die neuromuskuläre Verbindung (NMJ), eine spezialisierte Verbindung, an der Motorneuronen aus dem Gehirn und Rückenmark auf Muskelfasern treffen. Dr. Hyunjoon Kong und Kollegen von der University of Illinois Urbana-Champaign entwickelten ein innovatives Labormodell dieser Verbindung, um deren Auswirkungen auf Muskelsekretionen zu untersuchen.

„Wir haben ein 2D-Skelettmuskelblatt auf einem mikrogerillten Substrat nachgebildet, um die neuronale Innervation und Muskelfunktion zu modulieren“, erklärt Dr. Kong. Dieses Modell ermöglichte es den Forschern, Muskeln mit und ohne Nervenverbindungen zu vergleichen und dabei auffällige Unterschiede in ihrer molekularen Produktion aufzudecken.

Myokine und Exosomen: Die molekularen Botschafter

Die Studie ergab, dass Muskeln mit Nervenverbindungen höhere Mengen spezieller Proteine, sogenannter Myokine, produzierten, insbesondere wenn sie stimuliert wurden. Dazu gehören Interleukin-6 (IL-6), der Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF) und Irisin – allesamt bekannt dafür, die Gesundheit des Gehirns zu unterstützen.

Noch faszinierender war, dass die nervenverbundenen Muskeln mehr Exosomen freisetzten, winzige Vesikel, die mit genetischem Material und Proteinen gefüllt sind.

„Exosomen, die von innervierten Muskeln abgesondert wurden, wiesen eine größere Anzahl von microRNA-Typen auf als jene, die von neuronenfreien Muskeln abgesondert wurden“, bemerkt Dr. Kong. Diese microRNAs spielen eine entscheidende Rolle bei der Regulierung der Genexpression und zellulärer Funktionen.

Förderung der Gehirngesundheit: Wie muskelabgeleitete Faktoren die neuronale Funktion verbessern

Um die Wirkung dieser muskelabgeleiteten Faktoren zu testen, wendeten die Forscher sie auf Kulturen von Hippocampus-Neuronen an – Gehirnzellen, die für Lernen und Gedächtnis entscheidend sind. Die Ergebnisse waren bemerkenswert:

– Erhöhtes Neuronenwachstum und -verzweigung
– Schnellerer Transport von Materialien innerhalb der Neuronen
– Verstärkte spontane Feuerungsaktivität und Netzwerkbildung zwischen Neuronen

„Biologische Faktoren, die von innervierten Muskeln abgesondert wurden, verstärkten die Verzweigung, den axonalen Transport und letztendlich die spontanen Netzwerkaktivitäten von primären Hippocampus-Neuronen in vitro“, fasst Dr. Kong zusammen.

Zukünftige Implikationen: Potenzielle Therapien und Forschungsanwendungen

Diese Forschung eröffnet spannende Möglichkeiten sowohl für das Verständnis als auch für die Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen. Indem sie aufzeigt, wie Nervenstimulation von Muskeln gehirnnährende Faktoren produziert, deutet sie auf neue Ansätze zur Erhaltung der Gehirngesundheit hin:

– Entwicklung von Therapien, die die natürliche Muskel-Gehirn-Kommunikation nachahmen oder verstärken
– Erstellung genauerer Labormodelle des Nervensystems für Medikamententests und Krankheitsforschung
– Verständnis, wie Bewegung die Gehirngesundheit auf molekularer Ebene beeinflusst

Obwohl weitere Forschung notwendig ist, um diese Erkenntnisse auf menschliche Anwendungen zu übertragen, ist Dr. Kong optimistisch: „Unser konstruiertes neuromuskuläres Gewebemodell verspricht eine vielversprechende Plattform für die Produktion neurotropher Moleküle zu sein.“

Diese Studie erinnert uns daran, dass die Systeme unseres Körpers komplex miteinander verbunden sind. Indem wir die molekulare Konversation zwischen Muskeln und Gehirn entschlüsseln, gewinnen wir wertvolle Einblicke in die Erhaltung der kognitiven Gesundheit und die Bekämpfung neurodegenerativer Erkrankungen. Wenn Sie das nächste Mal trainieren, denken Sie daran – Sie bauen nicht nur Muskeln auf, Sie nähren auch Ihr Gehirn!

Quelle
Kai-Yu Huang et al, Neuronal innervation regulates the secretion of neurotrophic myokines and exosomes from skeletal muscle, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2313590121