BDNF-Neuronen steuern Kauen und Appetit bei Mäusen

Forschende aus den USA haben einen verblüffend einfachen neuronalen Schaltkreis entdeckt: Bei Mäusen steuern lediglich drei Arten von Nervenzellen die Kaubewegungen – und beeinflussen zugleich ihren Appetit überraschend stark.

„Es ist erstaunlich, wie stark diese Neuronen auf die motorische Steuerung ausgerichtet sind“, sagt die Neurowissenschaftlerin Christin Kosse von der Rockefeller University.

„Wir hatten nicht erwartet, dass eine Einschränkung der tatsächlichen Kieferbewegung wie eine Art Appetitzügler wirken könnte.“

BDNF-Neuronen verbinden Kauen und Appetit

Bereits zuvor war bekannt, dass Schäden in der ventromedialen Hypothalamusregion beim Menschen zu Adipositas führen können. Kosse und ihr Team untersuchten deshalb die Neuronen in diesem Hirnbereich bei Mäusen genauer. Frühere Arbeiten hatten gezeigt, dass Störungen bei der Expression eines Proteins namens brain-derived neurotrophic factor (BDNF) mit Stoffwechsel, übermäßigem Essen und Adipositas zusammenhängen.

Mithilfe der Optogenetik aktivierten die Forschenden BDNF-Neuronen bei einigen Mäusen. Daraufhin verloren die Nagetiere nahezu vollständig ihr Interesse an Nahrung. Das galt unabhängig davon, ob sie satt oder hungrig waren. Selbst einem fettreichen, zuckerhaltigen Leckerbissen – vergleichbar mit einem köstlichen Schokoladenkuchen – widerstanden sie.

„Dieses Ergebnis war zunächst rätselhaft, weil frühere Studien darauf hindeuten, dass dieser ,hedonische‘ Antrieb, zum Vergnügen zu essen, sich deutlich vom Hungerantrieb unterscheidet. Letzterer versucht, das mit Hunger verbundene negative Gefühl beziehungsweise die negative Valenz durch Essen zu unterdrücken“, erklärt Kosse. „Wir haben gezeigt, dass die Aktivierung von BDNF-Neuronen beide Antriebe unterdrücken kann.“

Damit könnten BDNF-Neuronen in der Entscheidungskette weiter unten angesiedelt sein – zwischen Kauen und Nichtkauen.

Eingriffe lösen gegensätzliche Kaureaktionen aus

Wurde der BDNF-Neuronenschaltkreis bei Mäusen dagegen gehemmt, verstärkte sich ihr Drang, den Kiefer zu bewegen und alles anzunagen, drastisch. Dabei nagten sie auch an unverdaulichen Gegenständen wie ihrer Wasserflasche und Überwachungsgeräten. Stand Futter bereit, fraßen sie innerhalb eines festgelegten Zeitraums 1.200 Prozent mehr als gewöhnlich.

Im Einklang mit früheren Erkenntnissen über die mögliche Rolle von BDNF beim Essen sprechen die Ergebnisse dafür, dass diese Neuronen und die von ihnen erzeugten chemischen Stoffe den Appetit normalerweise bremsen – es sei denn, andere Körpersignale wie Hunger geben etwas anderes vor.

Kosse und ihr Team stellten fest, dass BDNF-Neuronen über sensorische Nervenzellen Informationen über den Zustand des Körperinneren erhalten. Dazu gehört auch eine Variante, die bekanntermaßen das Hungergefühl erzeugt. Leptin zählt zu den zentralen Signalmolekülen in diesem System und ist ebenfalls für seine Verbindung zu Hunger und Adipositas bekannt.

Abhängig von diesen sensorischen Informationen regulieren die BDNF-Neuronen anschließend die pMe5-Motorneuronen, welche die Kaubewegungen des Kiefers auslösen.

„Andere Studien haben gezeigt, dass Mäuse verhungern, wenn Me5-Neuronen während ihrer Entwicklung abgetötet werden, weil die Tiere dann keine feste Nahrung kauen können“, sagt Kosse. „Daher ist es logisch, dass wir Kieferbewegungen beobachten, wenn wir die dorthin projizierenden BDNF-Neuronen manipulieren.“

Ein einfacher Schaltkreis für ein komplexes Verhalten

Wurden die BDNF-Neuronen von den für das „Kauen“ zuständigen Motorneuronen isoliert, kauten die Mäuse sogar dann, wenn es nichts zum Beißen gab. Die BDNF-Neuronen dämpfen somit eine Kauaktivität, die standardmäßig bereits auf an steht.

Das erklärt, warum Schäden in der Hirnregion, in der BDNF-Neuronen liegen, beim Menschen zu übermäßigem Essen führen können.

„Die in unserer Arbeit vorgelegten Belege zeigen, dass die mit diesen Läsionen verbundene Adipositas auf den Verlust dieser BDNF-Neuronen zurückgeht. Zudem fügen die Ergebnisse die bekannten Mutationen, die Adipositas verursachen, zu einem vergleichsweise schlüssigen Schaltkreis zusammen“, erläutert der Molekulargenetiker Jeffrey Friedman von der Rockefeller University.

Die Forschenden waren von der Einfachheit dieses Schaltkreises überrascht, da er in seiner Struktur mit Netzwerken hinter Reflexverhalten wie Husten vergleichbar ist. Essen galt bislang als wesentlich komplexerer Vorgang. Allerdings ist dieser Hirnbereich auch an weiteren automatischen Verhaltensweisen beteiligt, etwa an Angst und der Regulierung der Körpertemperatur.

„Diese Arbeit zeigt, dass die Grenze zwischen Verhalten und Reflex vermutlich unschärfer ist, als wir angenommen haben“, schließt Friedman.

Die Forschung wurde in Nature veröffentlicht.