Kalzium macht Nervenzellen chronisch schmerzempfindlich

Das umfangreiche Forschungsprojekt ist eine gemeinsame Leistung der Arbeitsgruppen um Professor Dr. Rohini Kuner, Geschäftsführende Direktorin des Pharmakologischen Instituts der Universität Heidelberg, und Professor Dr. Hilmar Bading, Direktor des Interdisziplinären Zentrums für Neurowissenschaften IZN der Universität Heidelberg.

Starke Schmerzen von langer Dauer, z.B. durch chronische Entzündungen, Nervenverletzungen und -schäden, Bandscheibenvorfälle oder Tumoren, hinterlassen oft bleibende Spuren im Nervensystem. Selbst wenn der ursprüngliche Auslöser ausgeheilt ist, können bereits leichte Reize wie Berührungen den früheren Schmerzzustand wieder hervorrufen. Der Körper hat ein sogenanntes Schmerzgedächtnis ausgebildet. Bislang gibt es keine befriedigende Therapie für chronisch schmerzkranke Patienten; in Deutschland sind mehrere Millionen Menschen betroffen.

Wird Kalzium im Zellkern blockiert, entwickelt sich kein Schmerzgedächtnis

Das Geflecht der Nervenzellen im Körper übersetzt schmerzhafte Reize wie Hitze, Kälte, starken Druck oder Verletzungen in elektrische Signale, die über das Rückenmark an das Gehirn weitergeleitet und dort als Schmerzen wahrgenommen werden. Bei chronischem Schmerz werden die schmerzübermittelnden Nervenzellen im Rückenmark selbst von schwachen Signalen aktiviert, verstärken diese und geben sie als Schmerzreiz an das Gehirn weiter. „Durch unsere Forschungsarbeiten der letzten Jahre wissen wir viel darüber, wie Nervenzellen im verletzten Gewebe sensibilisiert werden und dann ihre Aktivität verändern“, erklärt Professor Rohini Kuner. „Aber alle diese schnellen und kurzzeitigen Prozesse können die lange Dauer chronischer Schmerzen nicht erklären.“

Das Team um Professor Kuner und Professor Bading fand des Rätsels Lösung nun in einem Universal-Botenstoff, den Nervenzellen für jede Signalweitergabe benötigen: Kalzium. Bei Eintreffen eines elektrischen Signals nehmen die Nervenzellen im Rückenmark Kalzium aus ihrer Umgebung auf und werden so aktiviert. Die Wissenschaftler entdeckten, dass bei sehr heftigen oder anhaltenden Schmerzen so viel Kalzium in die Zellen gelangt, dass es – was sonst nicht der Fall ist – in den Zellkern transportiert wird. Hier nimmt es Einfluss darauf, welche Bereiche der Erbinformation (Gene) aktiviert oder deaktiviert werden. Mäuse, in deren Nervenzellen die Wirkung des Kalziums im Zellkern blockiert wurde, entwickelten trotz chronischer Entzündung keine Überempfindlichkeit gegenüber schmerzhaften Reizen und kein Schmerzgedächtnis.

Von Kalzium regulierte Gene sind der Schlüssel zur Chronifizierung

„Diese von Kalzium regulierten Gene sind der Schlüssel für die Chronifizierung von Schmerzen im Rückenmark, da sie dauerhafte Veränderungen anstoßen können“, ist Professor Kuner überzeugt. Unter ihnen fanden die Forscher u.a. eine Familie von Genen (Complement System), die bisher nur mit Entzündungsprozessen des Immunsystems in Verbindung gebracht wurden. In den Nervenzellen des Rückenmarks sorgen diese Gene dafür, dass diese nur eine bestimmte Anzahl an Kontaktstellen (Synapsen) zu anderen Nervenzellen ausbilden. So wird der Grad der Vernetzung und damit die Intensität der Signalübertragung begrenzt. Versuche an Nervenzellen im Labor zeigten: Wird die Genfamilie von Kalzium deaktiviert, bilden sich zusätzliche Synapsen, die Zelle wird empfindlicher. „Diese strukturelle Veränderung der Zellkontakte kann die dauerhafte Natur einer Vielzahl von Schmerzkrankheiten erklären“, so Kuner.

„Kalziumsignale im Zellkern von Nervenzellen gewinnen immer mehr an Bedeutung für die Steuerung von Hirnfunktionen. Sie sind eine Art Universalschalter, der immer dann zum Einsatz kommt, wenn Gehirnaktivität, z.B. bei Lernprozessen, zum Aufbau eines Langzeitgedächtnisses führt“, erklärt Professor Bading. „Nun zeigt unsere Studie, dass derselbe Schalter auch Schmerz in einen chronischen Zustand überführen kann.“ Diese Erkenntnisse und die Identifizierung von Schlüsselgenen, deren Produktion über den Kernkalzium-Schalter angestossen wird, bieten neue Ansatzpunkte, um in Zukunft die Entstehung von chronischem Schmerz zu verhindern.

Literatur:
Manuela Simonetti, Anna M. Hagenston, Daniel Vardeh, H. Eckehard Freitag, Daniela Mauceri, Jianning Lu, Venkata P. Satagopam, Reinhard Schneider, Michael Costigan, Hilmar Bading, Rohini Kuner: Nuclear Calcium Signaling in Spinal Neurons Drives a Genomic Program Required for Persistent Inflammatory Pain. Neuron, Volume 77, Issue 1, 43-57, 9 January; 2013; http://dx.doi.org/10.1016/j.neuron.2012.10.037

Kontakt:
Professor Dr. Rohini Kuner
Pharmakologisches Institut
Universität Heidelberg
Tel.: 06221 / 54 82 89 oder 54 82 47
E-Mail: rohini.kuner@pharma.uni-heidelberg.de

Professor Dr. Hilmar Bading
Interdisziplinäres Zentrum für Neurowissenschaften IZN Heidelberg
Universität Heidelberg
Tel.: 06221 / 54 82 18
E-Mail: Hilmar.Bading@uni-hd.de

Bei Rückfragen von Journalisten:
Dr. Annette Tuffs
Leiterin Unternehmenskommunikation / Pressestelle des Universitätsklinikums Heidelberg und der Medizinischen Fakultät der Universität Heidelberg Im Neuenheimer Feld 672
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