Die Aufrechterhaltung eines angemessenen Gleichgewichts zwischen Erregung und Hemmung in den Nervenzellen ist entscheidend für die neuronale Informationsverarbeitung, wobei kortikale Neuronen die Hemmung, die sie erhalten, zellautonom an das individuelle Niveau des Erregungsinputs anpassen können, wobei der genaue Mechanismus aber unklar ist. Royero et al. (2022) haben nun gezeigt, wie Neuronen im Gehirn ihre Empfindlichkeit selbstständig feintunen, indem sie dazu Nervenzell-Netzwerke, die unter anderem beim Sehen, Hören und bei Berührungen eine Rolle spielen, untersuchten. Die Neuronen in der Hirnrinde werden dabei durch die Signale aus dem Thalamus angeregt, Aktionspotenziale zu erzeugen, also kurze Spannungspulse, die dann an andere Stellen im Gehirn weitergeleitet werden. Damit das vernünftig klappt, müssen die Nervenzellen sich auf die Intensität der erregenden Signale einstellen, indem sie etwa ihre Empfindlichkeit herunterregeln, wenn die eingehenden Reize sehr stark waren. Man hat nun entdeckt, dass das Enzym Ste20-like kinase (SLK) bei diesem Prozess eine Rolle spielt, indem es Nervenzellen in die Lage versetzt, ihre eigene Erregbarkeit individuell zu kalibrieren. Bei diesem Mechanismus spielen spezielle Nervenzellen, und zwar die Interneurone, eine wesentliche Rolle, indem diese hemmende Aktionspotenziale an erregte Nervenzellen senden und dadurch gewissermaßen an dem Knopf drehen, der ihre Empfindlichkeit reduziert. Das Enzym SLK bestimmt nun dabei, wie sehr dieser Regler durch die Interneurone verstellt werden kann, wie stark ihre Hemmwirkung also ist.
Es gibt dabei zwei unterschiedliche Typen von Interneuronen, wobei die einen direkt durch die eingehenden Impulse aus dem Thalamus aktiviert werden, und die Nervenzellen schon hemmen, während diese gleichzeitig vom Thalamus erregt werden, und der ander Typ von Neuronen wird dagegen erst durch die Aktivität der Nervenzellen in der Hirnrinde angeschaltet, also exakt der Neuronen, die sie nachher hemmen sollen, d. h., sie sind Teil einer negativen Rückkopplungsschleife. Dabei ist das genante Enzym bei dieser rückgekoppelten Hemmung nicht aktiv, sondern nur im ersten Fall. Somit konnte man einen Mechanismus für die zellautonome Regulierung eines spezifischen inhibitorischen Schaltkreises identifizieren, der entscheidend dafür ist, dass eine Mehrheit der kortikalen Pyramidenzellen an der Informationskodierung teilnimmt.
Literatur
Royero, Pedro, Quatraccioni, Anne, Früngel, Rieke, Silva, Mariella Hurtado, Bast, Arco, Ulas, Thomas, Beyer, Marc, Opitz, Thoralf, Schultze, Joachim L., Graham, Mark E., Oberlaender, Marcel, Becker, Albert, Schoch, Susanne & Beck, Heinz (2022). Circuit-selective cell-autonomous regulation of inhibition in pyramidal neurons by Ste20-like kinase. Cell Reports, 41, doi:10.1016/j.celrep.2022.111757.