Abb.: Antikörperfärbung eines Haarfollikels: Durch Kopplung der Antikörper an verschiedene Farbstoffe können unterschiedliche Strukturen mikroskopisch sichtbar gemacht werden. Man sieht im Haarfollikel endende Nervenendigungen (grün), in denen elektrische Impulse durch mechanische Reize der Haut erzeugt werden. In diesen Endigungen sind KCNQ4 Kaliumkanäle lokalisiert (rot), welche die Generierung dieser Nervenimpulse regulieren. Ovale und runde Strukturen in Blau zeigen Zellkerne von Zellen in der Haut. Grafik: M. HeidenreichSchwerhörige fühlen anders

 

Berlin (20. November 2011) – Menschen mit einer bestimmten Form der erblichen Schwerhörigkeit nehmen Vibrationen in ihren Fingern empfindlicher wahr als andere Menschen, haben Prof. Thomas Jentsch vom Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP)/Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) Berlin-Buch und Prof. Gary Lewin (MDC) in Zusammenarbeit mit Klinikern aus Madrid, Spanien und Nijmegen, Niederlande, herausgefunden. Die in Nature Neuroscience veröffentlichte Arbeit enthüllt Einzelheiten über den bislang wenig verstandenen Tastsinn: Damit wir fühlen können, müssen spezialisierte Zellen in der Haut wie Instrumente in einem Orchester gestimmt werden.

 


Die Angehörigen der spanischen und niederländischen Familien staunten nicht schlecht, als die Berliner Forscher mit ihren Apparaturen auftauchten. Viele von ihnen leiden an der erblich bedingten Schwerhörigkeit vom Typ DFNA2, doch die Wissenschaftler interessierten sich weniger für ihr Hörvermögen als für ihren Tastsinn. Bei den Schwerhörigen ist durch eine Mutation die Funktion mancher Haarzellen im Ohr gestört. Diese Mutation, so vermuteten die Forscher, könnte sich auch auf den Tastsinn auswirken.

In unserem Ohr schwingen feinste Härchen im Rhythmus der Schallwellen. Die Schwingungen bewirken einen Einstrom positiv geladener Kalium-Ionen in die Haarzellen. Dieser elektrische Strom erzeugt ein Nervensignal, das zum Gehirn weitergeleitet wird – wir hören. Die Kalium-Ionen fließen durch einen Kanal in der Zellmembran wieder aus den Haarzellen hinaus. Und eben dieser Kalium-Kanal, ein Eiweißmolekül namens KCNQ4, ist durch die Mutation bei den Schwerhörigen zerstört. Die Sinneszellen sterben nach und nach durch Überlastung ab. „Wir haben aber herausgefunden, dass KCNQ4 nicht nur im Ohr vorkommt, sondern auch in bestimmten Sinneszellen der Haut“, erklärt Thomas Jentsch. „Das hat uns auf die Idee gebracht, dass die Mutation sich auch auf den Tastsinn auswirken könnte. Dies konnten wir dann in einer engen Zusammenarbeit mit dem Labor von Gary Lewin, einem auf Tastsinn spezialisierten Kollegen vom MDC, in der Tat zeigen.“

Egal ob wir unser Kind streicheln, in der Handtasche nach einem bestimmten Gegenstand suchen oder einen Stift in die Hand nehmen – jede Berührung vermittelt uns eine Vielzahl von präzisen und lebenswichtigen Informationen über unsere Umwelt. Zwischen einer rauen und einer glatten Oberfläche unterscheiden wir anhand der Vibrationen, die beim Darüberstreichen in der Haut entstehen. Für die verschiedenen Berührungsreize gibt es in der Haut Sinneszellen mit unterschiedlichen Strukturen – durch die Verformung der zarten Gebilde entstehen elektrische Nervensignale. Wie das genau geschieht, ist noch ein Rätsel – von den fünf Sinnen des Aristoteles ist der Tastsinn bislang der am wenigsten verstandene.

Offenbar gibt es aber Parallelen zum Hören, wie die Ergebnisse von Matthias Heidenreich und Stefan Lechner aus den Gruppen von Thomas Jentsch und Gary Lewin zeigen. Zunächst untersuchten sie eine als Taubheitsmodell im Labor Jentsch hergestellte Mauslinie, die exakt die gleiche Mutation im Kaliumkanal trägt wie ein Patient mit dieser Form der Taubheit. Die Tastrezeptoren in der Haut, die den KCNQ4 Kaliumkanal besitzen, sterben durch den defekten Kanal nicht ab, wie im Ohr, zeigten aber eine veränderte elektrische Antwort auf mechanische Reize in der mutierten Maus. Sie reagierten viel empfindlicher auf Vibrationsreize mit niedrigen Frequenzen. Das Auslassventil für Kaliumionen scheint hier normalerweise als eine Art Filter zu funktionieren, der die Erregbarkeit der Zellen dämpft. Durch die Dämpfung nehmen wir mit diesen Sinneszellen an dieser Stelle nur schnellere Vibrationen wahr, unser Fühlen wird gleichsam auf höhere Frequenzen „gestimmt“.

Die von Stefan Lechner und Matthias Heidenreich untersuchten tauben Patienten mit Mutationen in dem Kaliumkanal zeigten genau den gleichen Effekt. Sie konnten auch sehr langsame Vibrationen empfinden, die ihre gesunden Geschwister noch gar nicht wahrnehmen. Durch eine Mutation in dem Dämpfer ist das Fein-Tuning des Tastsinns verändert. Der Tastsinn ist ohnehin sehr unterschiedlich ausgeprägt – manche Menschen sind viel berührungsempfindlicher als andere. Die DFNA2 Patienten sind eine Art Super-Fühler in Sachen Vibration, meinen Lewin und Jentsch. „Die Haut hat mehrere unterschiedliche Typen von Mechanorezeptoren, die auf verschiedene Reizqualitäten ansprechen, insbesondere auch auf verschiedene Frequenzbereiche. Das Zusammenspiel verschiedener Rezeptorklassen ist für den Tastsinn wichtig. Obwohl die von uns untersuchten Rezeptoren durch Verlust des Kalium-Kanals insgesamt empfindlicher werden, überwiegt möglicherweise der Nachteil der falschen ‚Stimmung’ auf andere Frequenzen. Mit KCNQ4 haben wir zum ersten Mal ein menschliches Gen identifiziert, das die Eigenschaften des Tastsinns verändert.“

Die Arbeitsgruppe von Thomas Jentsch ist sowohl am FMP (Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie) als auch am MDC (Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin) in Berlin angesiedelt und erforscht Ionentransport und dessen Rolle bei Krankheiten. Die Gruppe von Gary Lewin arbeitet am MDC und ist spezialisiert auf periphere Sinneswahrnehmung. Die Arbeit entstand in Zusammenarbeit mit Klinikern in Madrid (Spanien) und Nijmegen (Niederlande).


Paper

 

KCNQ4 K+ channels tune mechanoreceptors for normal touch sensation in mouse and man. Matthias Heidenreich, Stefan G. Lechner, Vitya Vardanyan, Christiane Wetzel, Cor W. Cremers, Els M. de Leenheer, Gracia Aránguez, Miguel Ángel Moreno-Pelayo, Thomas J. Jentsch & Gary R. Lewin. Nature Neuroscience (advanced online publication http://dx.doi.org/10.1038/nn.2985).

 

Abb.: Antikörperfärbung eines Haarfollikels: Durch Kopplung der Antikörper an verschiedene Farbstoffe können unterschiedliche Strukturen mikroskopisch sichtbar gemacht werden. Man sieht im Haarfollikel endende Nervenendigungen (grün), in denen elektrische Impulse durch mechanische Reize der Haut erzeugt werden. In diesen Endigungen sind KCNQ4 Kaliumkanäle lokalisiert (rot), welche die Generierung dieser Nervenimpulse regulieren. Ovale und runde Strukturen in Blau zeigen Zellkerne von Zellen in der Haut. Grafik: M. Heidenreich 

 

Abb.: Antikörperfärbung eines Haarfollikels: Durch Kopplung der Antikörper an verschiedene Farbstoffe können unterschiedliche Strukturen mikroskopisch sichtbar gemacht werden. Man sieht im Haarfollikel endende Nervenendigungen (grün), in denen elektrische Impulse durch mechanische Reize der Haut erzeugt werden. In diesen Endigungen sind KCNQ4 Kaliumkanäle lokalisiert (rot), welche die Generierung dieser Nervenimpulse regulieren. Ovale und runde Strukturen in Blau zeigen Zellkerne von Zellen in der Haut. Grafik: M. Heidenreich

 


 

Quelle: Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP), 20.11.2011 (tB)

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