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StartseiteForschung aktuellThermostat im Kopf26.08.2016

Molekularer MechanismusThermostat im Kopf

Der Hypothalamus im Gehirn wirkt beim Menschen wie ein Thermostat. Er gibt dem Körper die konstante Temperatur von 37 Grad vor. Wie genau er das macht, war lange nicht klar. Forscher aus Heidelberg haben nun eine interessante Entdeckung gemacht.

Von Anneke Meyer

(Hong Wang / Hagen Wende / Universität Heidelberg)
Die Thermostat-Neurone der Mäuse wurden mit einem molekularen Schalter versehen, der durch Stimulation an- oder ausgeschaltet werden kann (Hong Wang / Hagen Wende / Universität Heidelberg)
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"Hier haben wir auch diese Infrarotsachen. Die Hong hat da jetzt schon etwas aufgebaut."

Jan Siemens zeigt auf eine Reihe von Käfigen, in denen sich braune Mäuse in Papierrollen verstecken. Man sieht es den kleinen Tierchen nicht an, aber in ihnen steckt die Antwort auf eine Frage, die sich der Heidelberger Professor schon lange stellt: Wie gelingt es uns, die Körpertemperatur konstant zu halten?

"Also im Lehrbuch steht, das es ganz ähnlich wie unsere Heizung zuhause funktioniert. Man hat ein Thermostat, das ist der Hypothalamus, der einen Sollwert vorgibt, das ist bei uns 37 Grad."

Weicht die tatsächliche Temperatur von diesem Sollwert ab, sendet der Hypothalamus Signale, die Blutgefäße, Muskeln und Haut dazu bringen, Wärme zu produzieren oder abzugeben. Was noch nicht im Lehrbuch steht ist, wie genau der Hypothalamus das überhaupt macht. Gibt es dafür eine spezialisierte Gruppe von Nervenzellen?

Suche nach dem richtigen Molekül

Jan Siemens und seinem Team ist es nun gelungen, genau diese "Thermostat-Neurone" zu finden - und zwar indem sie sich zunächst auf die Suche nach einem passenden Rezeptor machten. Einem molekularen Sinnesorgan, das auf Wärme reagiert:

"Wir haben dann ganz unbedarft angefangen, die Kandidaten, die es da gibt abzuklopfen, pharmakologisch, also mit Substanzen die bekannt dafür sind, dass sie bestimmte Temperatursensoren inhibieren können. Und durch weitere Sondierungen mittels Elektrophysiologie, mittels Transkriptomanalyse haben wir dann weiter und weiter eingrenzen können, welches Molekül es sein könnte. Und am Ende blieb eigentlich nur eins übrig."

Der so genannte TRPM2-Rezeptor. Mäuse, denen dieser Rezeptor fehlt, reagieren auf Infektionen mit deutlich höherem Fieber als ihre Artgenossen. Ein Hinweis darauf, dass TRPM2 die Funktion eines Notausschalters hat: Steigt die Temperatur in gefährliche Höhe, gibt er das Signal, kühlende Maßnahmen einzuleiten. Die Neuronen, in denen dieser Hitzesensor zu finden ist, können aber noch mehr.

Tierversuche mit Mäusen

Post-Doktorandin Hong Wang hebt den Deckel von einem der Mäusekäfige und tauscht ihn gegen einen Plexiglaskasten, auf dem sie eine Wärmebildkamera montiert:

"Wir können jetzt eine Maus mit normaler Körpertemperatur unter der Kamera sehen. Der Schwanz hat quasi Umgebungstemperatur. Aber die Augen und der Kopf sind fast rot - hier ist die Oberflächentemperatur am höchsten."

Die Wissenschaftlerin hat die Thermostat-Neurone im Hypothalamus der Maus mit einem molekularen Schalter versehen. Wird er durch eine bestimmte Signalsubstanz umgelegt, werden die Neuronen zum Feuern angeregt.

Hong Wang gibt der Maus eine Spritze und kurz darauf beginnt das Tier förmlich zu glühen. Während die Körperoberfläche immer wärmer wird, sinkt die Kerntemperatur rapide ab. Im Laufe einer guten Stunde ist die Maus von 37 auf 30 Grad abgekühlt. Auf dem Wärmebild ist jetzt auch ihre Haut eisig blau und kalt. Wang:

"Das erste Mal als ich dieses Experiment gemacht habe, dachte ich: 'Das ist nicht richtig'. Ich bin zu Jan und habe gefragt 'Hast du einen Moment Zeit mit mir die Mäuse anzugucken?" Ich dachte das Tier wäre krank! Aber nach ein paar Stunden hatte es sich erholt und als es bei der nächsten Maus genauso war, haben wir verstanden, dass das der Phänotyp ist."

Enteckung könnte für Patienten mit Herzinfarkt nützlich sein

Bei Mäusen die einen molekularen Schalter tragen, der das Feuern der Thermostat-Neurone unterdrückt, passiert das Gegenteil. Sie drosseln die Durchblutung an der Körperoberfläche und erhöhen die Kerntemperatur.

Eine Entdeckung, die für klinische Anwendungen noch interessant werden kann: Rasche Kühlung etwa nach einem Herzinfarkt verbessert die Überlebenschancen. Bisher werden dafür Eispakete aufgelegt. In Kooperation mit der benachbarten Herz-Kreislauf-Gruppe haben Jan Siemens und sein Team begonnen zu untersuchen, ob ein direkter Eingriff in das körpereigene Heizwerk eine realistische Alternative darstellt.

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