Kommunikationsverhalten von Sinneszellen im Darm
Enteroendokrine Zellen (EEC) sind eine Untergruppe sensorischer Zellen im Darm, die Veränderungen etwa der Nährstoffzufuhr wahrnehmen und daraufhin Signalmoleküle (Neurotransmitter) und Hormone freisetzen. „EEC sind sekretorische Zellen, die Veränderungen im Darmlumen wahrnehmen. Die Zellen wandeln sensorische Signale in chemische Reaktionen um und leiten die Information weiter an das Gehirn und andere Körperzellen. Allerdings ist noch Grundlagenforschung nötig, um diese Prozesse besser zu verstehen“, erklärt Cordelia Imig, Assistenzprofessorin an der Universität Kopenhagen(öffnet in neuem Fenster) und Koordinatorin des Projekts SynGut(öffnet in neuem Fenster), das durch die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen(öffnet in neuem Fenster) unterstützt wurde. Um herauszufinden, wie enteroendokrine Zellen mit menschlichen Erkrankungen wie Diabetes und Darmentzündungen in Zusammenhang stehen, sollte detailliert die Funktion der einzelnen Arten von EEC beschrieben werden und wie sie die Freisetzung von Neurotransmittern und Hormonen steuern, erklärt Cordelia Imig.
Serotoninfreisetzung im Darm
Schwerpunkt des Projekts waren serotonerge enterochromaffine Zellen als größte Unterklasse enteroendokriner Zellen, die in allen Darmabschnitten vorhanden ist. Sie regulieren den Signalweg des Neurotransmitters Serotonin, der als wichtiger Neuromodulator im Gehirn fungiert. Das im Verdauungstrakt gebildete Serotonin steuert wichtige physiologische Prozesse, z. B. den Transport von Nahrung durch den Darm, sendet aber auch umgehend Sättigungssignale zum Gehirn. „Frühere Studien belegen, dass enterochromaffine Zellen des Darms in engem Kontakt zu Nervenzellen stehen, die Signale zum Gehirn senden“, fügt Imig hinzu. „Das Projekt ging der Frage nach, ob enterochromaffine Zellen in gleicher Weise und ähnlich schnell Signale an die Nervenzellen senden wie Signale innerhalb des Gehirns weitergeleitet werden, oder ob dieser Prozess eher der langsamen Signalweiterleitung endokriner Zellen gleicht. Dies wären dann etwa Insulinzellen der Bauchspeicheldrüse oder chromaffine Zellen der Nebenniere.“
Beobachtung der Serotoninfreisetzung in hoher räumlich-zeitlicher Auflösung
SynGut untersuchte mit multidisziplinären Methoden verschiedenste Funktionen und zellbiologische Aspekte enterochromaffiner Zellen. „Voraussetzung für die Analyse enterochromaffiner Zellen ist eine hohe räumlich-zeitliche Auflösung. Also mussten wir Wege finden, einzelne kultivierte Zellen bei der Sekretion zu beobachten“, erläutert sie. Mittels Kohlefaser-Amperometrie gelang dann auch die Detektion winzig kleiner Serotoninmengen, die einzelne enterochromaffine Zellen sekretierten. „Mit dieser Technik fanden wir heraus, dass kultivierte enterochromaffine Zellen Serotonin deutlich langsamer freisetzen als Nervenzellen im Gehirn“, so Imig. „Diese Freisetzung ist der anderer neurosekretorischer Zelltypen vergleichbar, etwa chromaffiner Zellen der Nebenniere, die Adrenalin und Noradrenalin produzieren und so den Kampf-/Fluchtreflex des Körpers steuern.“ Die Tatsache, dass sie darin anderen endokrinen Zellen ähneln, könnte aufzeigen, wie schnell und über welche Signalwege Signale vom Darm zum Gehirn übertragen werden. „Unsere Forschungsarbeit lässt eine ganze Reihe noch zu klärender Fragen offen. Schließlich geht es um die molekularen Mechanismen, über die enterochromaffine Zellen Serotonin freisetzen, um dann neue Zielmoleküle zur Behandlung von Erkrankungen zu identifizieren, die auf Funktionsstörungen enterochromaffiner Zellen zurückgehen.“
