Volume 17, Issue 2

Zusammenfassung Axonabbau ist ein wichtiger Vorgang sowohl während der Entwicklung, als auch im Verlauf neurologischer Erkrankungen. Während die molekularen Mechanismen des Axonabbaus in vielen Fällen bisher ungeklärt sind, vermitteln moderne Bildgebungsverfahren ein zunehmend klareres Bild der zellulären Vorgänge, die es Nervenzellen ermöglichen, einzelne Axonäste oder auch ganze Teile ihrer Axonprojektion in kontrollierter Art und Weise abzubauen. In diesem Übersichtsartikel diskutiere ich die Charakteristika des bisher am besten verstandenen Axonabbauvorgangs, der post-traumatischen Wallerschen Degeneration. Im Weiteren beschreibe ich die Besonderheiten einer Reihe von Axonabbauprozessen, die in den letzten Jahren entdeckt wurden, und die den Verlust von axonalem Material nach Axotomien im Rahmen von neuroinflammatorischen Erkrankungen und im Verlauf der normalen Entwicklung des Nervensystems teilweise erklären können.

Zusammenfassung Plastische Veränderungen im Nervensystem spielen eine wichtige Rolle bei der Entstehung und Aufrechterhaltung von chronischen Schmerzen. Solche Veränderungen finden auf allen Ebenen der Neuraxis von den peripheren Endigungen sensorischer Neurone bis zum Kortex statt. Die typischen Symptome chronischer Schmerzen können jedoch insbesondere durch die beobachteten Veränderungen im Hinterhorn des Rückenmarks erklärt werden. Während eine verstärkte Signalübertragung zwischen nociceptiven Nervenfasern und spinalen Projektionsneuronen zu einer gesteigerten Empfindlichkeit gegenüber noxischen Reizen beiträgt, führt eine verminderte Funktion von GABAergen und glyzinergen Interneuronen nicht nur zu einer verstärkten Reaktion auf noxische Reize, sondern auch zur Auslösung von Schmerzreaktionen durch nicht-noxische Reize und zum Auftreten spontanen Schmerzverhaltens. Die spinale Disinhibition rekapituliert somit die typischen Symptome chronischer pathologischer Schmerzen. Ergebnisse verschiedener Gruppen aus den letzten zehn Jahren konnten zeigen, dass eine solche Disinhibition endogen in der Folge von peripheren Entzündungen und Nervenläsionen auftritt. Der folgende Artikel fasst den gegenwärtigen Stand dieser Forschung zusammen.

Zusammenfassung Intrazellulärer Transport liefert molekulares Frachtgut zu seinen zellulären Bestimmungsorten. Neuronen sind polare und erregbare Zellen, die eine gezielte Belieferung mit mRNAs, Proteinen und Organellen an bestimmte subzelluläre Orte benötigen. Eine Vielzahl von Motorprotein-Komplexen transportiert synaptische Fracht in anterograder und retrograder Richtung entlang von Mikrotubuli und Aktinfilamenten des Zytoskeletts. Bestimmte synaptische Proteine koppeln dabei über Adaptermoleküle an molekulare Motoren. Einzelne Adaptoren fungieren darüber hinaus als Gerüstproteine an postsynaptischen Spezialisierungen oder lenken Transportgüter entweder in Axone oder Dendriten. Zahlreiche Hinweise lassen auf eine funktionelle Kopplung zwischen synaptischer Erregung und der intrazellulären Transportmaschinerie schließen. Ob mikrotubuli-basierter Transport an der funktionellen Verstärkung oder Abschwächung synaptischer Funktionen über lange Zeiträume beteiligt ist, ist Gegenstand zahlreicher Untersuchungen. Diverse posttranslationale Modifikationen von Tubulin beeinflussen intrazellulären Transport in positiver oder negativer Weise und könnten als molekulare „Verkehrsschilder“ bei der Steuerung von zellulären Transportprozessen beteiligt sein.

Axonal loss is an important process both dur­ing development and diseases of the ner­vous system. While the molecular mecha­nisms that mediate axonal loss are largely elusive, modern imaging technology affords an increasingly clear view of the cellular processes that allow nerve cells to shed individiual axon branches or even dismantle entire parts of their axonal projections. The present review discusses the characteristics of post-traumatic Wallerian degeneration, the process of axonal loss currently best understood. Subsequently, the properties of a number of recently discovered axonal loss phenome­na are described. These phenomena explain some of the axonal loss that occurs locally after axon transection, during neuro-inflammatory insults, and as part of normal neurode­velopment.

Neuroplastic changes play an important role in the generation and maintenance of chronic pain syndromes. Such changes occur at all levels of the neuraxis, from the peripheral terminals of primary sensory neurons to the cerebral cortex. Changes observed in the spinal dorsal horn in particular provide a mechanistic basis for many of the characteristics of chronic pain syndromes. While facilitated synaptic transmission between nociceptive fibers and spinal projection neurons contributes to enhanced perception of noxious stim­uli (hyperalgesia), diminished function of GA­BA-ergic and glycinergic interneurons not only induces hyperalgesia, but also triggers no­ciceptive reactions on exposure to innocuous stimuli and spontaneous pain behavior in the absence of any sensory stimulation. Spinal disinhibition thus recapitulates typical symptoms of chronic pathological pain syndromes. Studies performed by various groups over the last 10 years demonstrate that such spinal disinhibition occurs naturally in response to peripheral inflammation and nerve dam­age. The present article summarizes current status of this research.

Intracellular transport delivers cellular car­goes to and from their sites of action. Neurons are characterized by a polar and excitable nature and require the precise delivery of mRNAs, proteins and organelles to specific subcellular domains. Multiple motor protein complexes have been identified that actively transport synaptic cargoes along microtubules and actin fil­aments in both anterograde and retrograde directions. Different synaptic proteins couple via adaptor molecules to molecular motors and individual cargo adaptors also mediate scaffolding functions at postsynaptic membrane specializations, or have been found to participate in the navigation of cargoes to either axons or dendrites. Increasing evidence suggests a functional crosstalk between synaptic activation and the intracellular transport machinery. Whether microtubule-based transport contributes to long-term strengthening or weakening of synapses is currently under investigation. A variety of posttranslational modifications of tubulin positively or negatively influence cargo traffic and are suggest­ed to act as molecular traffic signs in trans­port regulation.