Gehirnglukose: Bluthirnschranke und ATP sensitive Kalium Kanäle

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ATP-sensitive Kalium-[K{ATP)]-Kanäle gehören zu einer besonderen Klasse von lonenkanälen, die den bioenergetischen Metabolismus mit der Membran-Exzitabilität verknüpfen. Sie lassen sich im Gehirn und insbesondere im Nucleus caudatus nachweisen. Dieser besteht vornehmlich aus Dopamin(DA)ergen Afferenzen aus dem Mittelhirn, die auf efferente GABAerge Neurone umgeschaltet werden. Gleichzeitig wirken GABAerge Neurone rückkoppelnd, präsynaptisch inhibitorisch auf die DAerge Transmitterfreisetzung. Damit entsteht ein funktionelles Netzwerk, das einem Regelkreis unterliegt und hier modellhaft in vitro an Schnitten des Nucleus caudatus der Ratte in der ersten Förderperiode untersucht wurde. Aus den Ergebnissen wurde die folgende Kernhypothese entwickelt: Neuronale Netzwerke, die aus inhibitorischen und exzitatorischen Neuronenverbänden bestehen, unterliegen einer energieabhängigen, dynamischen Regulation über hoch- und niedrig-affine K(ATP) Kanäle. Die Hypothese soll in der zweiten Förderphase durch Erweiterung der Experimente im Hinblick auf die Lokalisation, der Substratspezifität, der Transmittersysteme und des Freisetzungsmechanismus von Neurotransmitter überprüft werden. Hierzu werden insbesondere Schnitte des frontalen Cortex der Ratte aber auch des Menschen in vitro untersucht, die Glucose als klassischer Energieträger zur Gewinnung von ATP durch Laktat ersetzt, die untersuchten Transmittersysteme auf den exzitatorischen Neurotransmitter Glutamat ausgedehnt und der Freisetzungsmechanismus über spannungsabhängige Kationenkanäle berücksichtigt. Ergänzend sollen „knock out" Tiere für K(ATP) Kanäle in die Untersuchungen miteinbezogen werden, die keine niedrig-affinen K(ATP) Kanäle exprimieren können. Würde sich oben stehende Hypothese bestätigen, so würde in einem neuronalen Netzwerk dieser Ratten ein „Energiemangel" keine vermehrte Exzitation nach sich ziehen.