Neue Studie erweitert das Verständnis der Rolle von Dopamin bei der Bewegung

Dopamin, ein chemischer Botenstoff im Gehirn, ist vor allem für seine Rolle bei der Art und Weise bekannt, wie wir Freude und Belohnung erleben. Neue Forschungsergebnisse der Champalimaud Foundation (CF) rücken jedoch die entscheidende Beteiligung von Dopamin an der Bewegung in den Mittelpunkt, mit Auswirkungen auf unser Verständnis und die Behandlung der Symptome der Parkinson-Krankheit (PD).

Stellen Sie sich den Akt des Gehens vor. Es ist etwas, was die meisten körperlich gesunden Menschen tun, ohne darüber nachzudenken. Dabei handelt es sich tatsächlich um einen komplexen Prozess, an dem verschiedene neurologische und physiologische Systeme beteiligt sind. PD ist eine Erkrankung, bei der das Gehirn langsam bestimmte Zellen, sogenannte Dopamin-Neuronen, verliert, was zu einer verminderten Kraft und Bewegungsgeschwindigkeit führt.

Es gibt jedoch noch einen weiteren wichtigen Aspekt, der davon betroffen ist: die Länge der Aktionen. Jemand mit PD bewegt sich möglicherweise nicht nur langsamer, sondern macht auch weniger Schritte in einer Gehsequenz oder einem Durchgang, bevor er stehen bleibt. Diese Studie zeigt, dass Dopaminsignale einen direkten Einfluss auf die Länge von Bewegungssequenzen haben, was uns der Erschließung neuer therapeutischer Ziele zur Verbesserung der motorischen Funktion bei Parkinson einen Schritt näher bringt.

„Dopamin wird am engsten mit Belohnung und Vergnügen in Verbindung gebracht und wird oft als „Wohlfühl-Neurotransmitter“ bezeichnet“, betont Marcelo Mendonça, Erstautor der in veröffentlichten Studie Aktuelle Biologie. „Aber bei Menschen mit Parkinson-Krankheit, die unter einem Dopaminmangel leiden, sind es in der Regel die Bewegungseinschränkungen, die ihre Lebensqualität am meisten beeinträchtigen.

„Ein Aspekt, der uns schon immer interessiert hat, ist das Konzept der Lateralisierung. Bei Parkinson manifestieren sich die Symptome asymmetrisch und beginnen oft auf einer Körperseite vor der anderen. Mit dieser Studie wollten wir die Theorie untersuchen, dass Dopaminzellen mehr als nur tun.“ motivieren uns zur Bewegung, sie fördern gezielt Bewegungen auf der gegenüberliegenden Körperseite.“

Zu diesem Zweck entwickelten die Forscher eine neuartige Verhaltensaufgabe, bei der frei bewegliche Mäuse jeweils mit einer Pfote einen Hebel drücken mussten, um eine Belohnung (einen Tropfen Zuckerwasser) zu erhalten. Um zu verstehen, was während dieser Aufgabe im Gehirn vor sich ging, verwendeten die Forscher Ein-Photonen-Bildgebung, ähnlich als würden sie den Mäusen ein winziges, tragbares Mikroskop geben. Dieses Mikroskop war auf die Substantia nigra pars compacta (SNc) ausgerichtet, eine dopaminreiche Region tief im Gehirn, die bei der Parkinson-Krankheit erheblich beeinträchtigt ist, und ermöglichte es den Wissenschaftlern, die Aktivität von Gehirnzellen in Echtzeit zu sehen.

Sie haben diese Mäuse gentechnisch so verändert, dass ihre Dopamin-Neuronen aufleuchten, wenn sie aktiv sind, und zwar mithilfe eines speziellen Proteins, das unter dem Mikroskop leuchtet. Dies bedeutete, dass die Wissenschaftler jedes Mal, wenn eine Maus ihre Pfote bewegen wollte oder es ihr gelang, eine Belohnung zu erhalten, sehen konnten, welche Neuronen aufleuchteten und sich über die Aktion oder die Belohnung freuten.

Bei der Beobachtung dieser leuchtenden Neuronen waren die Entdeckungen im wahrsten Sinne des Wortes aufschlussreich. „Im selben Bereich des Gehirns gab es zwei Arten von Dopamin-Neuronen, die miteinander vermischt waren“, bemerkt Mendonça. „Einige Neuronen wurden aktiv, als die Maus sich bewegen wollte, während andere aufleuchteten, als die Maus ihre Belohnung erhielt. Aber was unsere Aufmerksamkeit wirklich erregte, war, wie diese Neuronen reagierten, je nachdem, welche Pfote die Maus benutzte.“

Wie Dopamin eine Seite wählt

Das Team stellte fest, dass die durch Bewegung angeregten Neuronen stärker aufleuchteten, wenn die Maus die Pfote benutzte, die der beobachteten Gehirnseite gegenüberliegt. Wenn sie beispielsweise auf die rechte Seite des Gehirns schauten, waren die Neuronen aktiver, wenn die Maus ihre linke Pfote benutzte, und umgekehrt. Bei genauerer Betrachtung stellten die Wissenschaftler fest, dass die Aktivität dieser bewegungsbezogenen Neuronen nicht nur den Beginn einer Bewegung signalisierte, sondern auch die Länge der Bewegungssequenzen (die Anzahl der Hebelbetätigungen) zu kodieren oder darzustellen schien.

Mendonça führt aus: „Je mehr die Maus den Hebel mit der Pfote gegenüber der von uns beobachteten Gehirnseite drücken wollte, desto aktiver wurden die Neuronen. Beispielsweise wurden die Neuronen auf der rechten Seite des Gehirns stärker erregt, wenn die Maus sie benutzte.“ Wenn die Maus den Hebel jedoch häufiger mit der rechten Pfote drückte, zeigten diese Neuronen nicht den gleichen Anstieg der Erregung. Mit anderen Worten: Diese Neuronen kümmern sich nicht nur darum, ob sich die Maus bewegt, sondern auch darum, ob die Maus sich bewegt auch darüber, wie viel sie sich bewegen und auf welcher Körperseite.“

Um zu untersuchen, wie sich der Verlust von Dopamin auf die Bewegung auswirkt, verwendeten die Forscher ein Neurotoxin, um selektiv dopaminproduzierende Zellen auf einer Seite des Gehirns einer Maus zu reduzieren. Diese Methode ahmt Erkrankungen wie Parkinson nach, bei denen der Dopaminspiegel sinkt und die Bewegung schwierig wird.

Auf diese Weise konnten sie sehen, wie weniger Dopamin die Art und Weise verändert, wie Mäuse mit beiden Pfoten einen Hebel drücken. Sie fanden heraus, dass die Reduzierung von Dopamin auf einer Seite zu weniger Hebeldrücken mit der Pfote auf der gegenüberliegenden Seite führte, während die Pfote auf derselben Seite davon unberührt blieb. Dies lieferte einen weiteren Beweis für den seitenspezifischen Einfluss von Dopamin auf die Bewegung.

Implikationen und zukünftige Richtungen

Rui Costa, der leitende Autor der Studie, erklärt: „Unsere Ergebnisse legen nahe, dass bewegungsbezogene Dopaminneuronen mehr tun, als nur eine allgemeine Bewegungsmotivation bereitzustellen – sie können beispielsweise die Länge einer Bewegungssequenz in einem kontralateralen Glied modulieren.“ Im Gegensatz dazu „Die Aktivität belohnungsbezogener Dopamin-Neuronen ist universeller und begünstigt nicht eine Seite gegenüber der anderen. Dies zeigt eine komplexere Rolle von Dopamin-Neuronen bei der Bewegung als bisher angenommen.“

Costa sagt: „Die unterschiedlichen Symptome, die bei Parkinson-Patienten beobachtet werden, könnten möglicherweise damit zusammenhängen, welche Dopamin-Neuronen verloren gehen – zum Beispiel solche, die eher mit Bewegung oder Belohnung zusammenhängen. Dies könnte möglicherweise die Managementstrategien bei der Krankheit verbessern, die besser auf den Typ zugeschnitten sind.“ von Dopamin-Neuronen, die verloren gehen, insbesondere jetzt, da wir wissen, dass es im Gehirn verschiedene Arten genetisch definierter Dopamin-Neuronen gibt.

Zur Verfügung gestellt vom Champalimaud Center for the Unknown