Die einmalige Verabreichung von Alkohol kann die Morphologie von Neuronen dauerhaft verändern
Ein Forscherteam der Universität zu Köln sowie der Universitäten Mannheim und Heidelberg hat herausgefunden, dass bereits die einmalige Gabe von Alkohol die Morphologie von Neuronen nachhaltig verändert. Insbesondere die Struktur der Synapsen sowie die Dynamik der Mitochondrien – der Kraftwerke der Zelle – werden durch Alkohol beeinflusst. Am genetischen Modellsystem der Fruchtfliege Drosophila melanogaster zeigten Prof. Dr. Henrike Scholz und ihre Teamkollegen Michèle Tegtmeier und Michael Berger, dass Veränderungen in der Migration von Mitochondrien in den Synapsen die belohnende Wirkung von Alkohol reduzieren. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass bereits ein einziges Konsumereignis den Grundstein für eine Alkoholabhängigkeit legen kann. In PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) ist die Studie „Single-dose ethanol intoxication verursacht akute und anhaltende neuronale Veränderungen im Gehirn“ erschienen.
Welche Veränderungen im Gehirn begleiten den Übergang vom sporadischen Trinken zum chronischen Alkoholmissbrauch? Dieser Frage ging ein gemeinsames Forschungsprojekt mit Arbeitsgruppen der Universität Mannheim-Heidelberg und der Universität zu Köln nach. Die meisten wissenschaftlichen Untersuchungen haben die Auswirkungen des chronischen Alkoholkonsums auf den Hippocampus – das Kontrollzentrum unseres Gehirns – untersucht. Über die akuten neuronalen Wechselwirkungen kritischer Risikofaktoren, wie zum Beispiel einer ersten Alkoholvergiftung in jungen Jahren, ist deshalb wenig bekannt, erklärt Henrike Scholz: „Wir haben uns auf die Suche nach ethanolabhängigen molekularen Veränderungen gemacht. Diese wiederum bilden die Grundlage für dauerhafte zelluläre Veränderungen nach einer einmaligen akuten Ethanolvergiftung. Die Auswirkungen einer einzigen Alkoholverabreichung wurden auf molekularer, zellulärer und Verhaltensebene untersucht.‘ Die Arbeitshypothese war, dass, ähnlich wie bei der Gedächtnisbildung nach einer einzigen Unterrichtsstunde, eine einmalige Gabe von Ethanol eine positive Assoziation mit Alkohol ausbilden würde.
Das Team testete seine Hypothese anhand von Untersuchungen an Fruchtfliegen und Mausmodellen und fand ethanolinduzierte Veränderungen in zwei Bereichen: der mitochondrialen Dynamik und dem Gleichgewicht zwischen Synapsen in Neuronen. Mitochondrien versorgen Zellen und insbesondere Nervenzellen mit Energie. Um die Energie optimal an die Zellen abzugeben, bewegen sich die Mitochondrien. Bei den mit Ethanol behandelten Zellen war die Bewegung der Mitochondrien gestört. Auch das chemische Gleichgewicht zwischen bestimmten Synapsen war gestört. Diese Veränderungen blieben dauerhaft und wurden durch Verhaltensänderungen der Tiere bestätigt: Mäuse und Fruchtfliegen zeigten im späteren Leben einen erhöhten Alkoholkonsum und Alkoholrückfälle.
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Die morphologische Umgestaltung von Neuronen ist eine bekannte Grundlage für Lernen und Gedächtnis. Diese sogenannten zellulären Plastizitätsmechanismen, die für Lernen und Gedächtnis von zentraler Bedeutung sind, stehen vermutlich auch im Mittelpunkt der Bildung assoziativer Erinnerungen für drogenbezogene Belohnungen. Daher können einige der beobachteten morphologischen Veränderungen die ethanolbezogene Gedächtnisbildung beeinflussen. Zusammen mit der Migration von Mitochondrien in Neuronen, die auch für die synaptische Übertragung und Plastizität wichtig sind, vermuten die Forscher, dass diese ethanolabhängigen zellulären Veränderungen entscheidend für die Entwicklung von Suchtverhalten sind.
Es ist bemerkenswert, dass die zellulären Prozesse, die zu solch einem komplexen Belohnungsverhalten beitragen, über Arten hinweg konserviert sind, was auf eine ähnliche Rolle beim Menschen hindeutet. Es könnte ein möglicher allgemeiner zellulärer Prozess sein, der für Lernen und Gedächtnis unerlässlich ist.“
Prof. Dr. Henrike Scholz
Beide beobachteten Mechanismen könnten Beobachtungen erklären, die bei Mäusen gemacht wurden, dass eine einzige Intoxikationserfahrung den Alkoholkonsum und Alkoholrückfälle im späteren Leben erhöhen kann. „Diese Mechanismen könnten sogar relevant sein für die Beobachtung beim Menschen, dass die erste Alkoholvergiftung in einem frühen Alter ein kritischer Risikofaktor für eine spätere Alkoholvergiftung und die Entwicklung einer Alkoholabhängigkeit ist“, erklärt Professor Scholz. „Das bedeutet, dass die Identifizierung dauerhafter ethanolabhängiger Veränderungen ein wichtiger erster Schritt ist, um zu verstehen, wie akutes Trinken zu chronischem Alkoholmissbrauch führen kann.“
Quelle:
Referenz:
Knabbe, J., et al. (2022) Eine Einzeldosis-Ethanolvergiftung verursacht akute und dauerhafte neuronale Veränderungen im Gehirn. PNAS. doi.org/10.1073/pnas.2122477119.
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