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Neurologie Wissenschaft

Schlaganfall: Schlaf fördert Regeneration

Genügend Schlaf ist für viele Funktionen unabdingbar, unter anderem für die kognitiven Funktionen, die Gedächtnisfestigung und die Erhaltung der Gesundheit von Gehirn und Körper.

Ein Hirnschlag ist ein akut auftretender fokal-neurologischer Ausfall, dessen Ursache im Gefässsystem liegt. In den letzten drei Jahrzehnten wurde erkannt, dass zwischen Schlaf und Schlaganfall eine komplexe wechselseitige Beziehung besteht. Zum einen wurde aufgezeigt, dass Schlaf-Wach-Störungen (SWD) ein unabhängiges Schlaganfallrisiko darstellen. Zum anderen wurde beobachtet, dass einige SWD bei einem Hirnschlag neu auftreten können. 

Ein Team um Claudio Bassetti und Antoine Adamantidis von der Universitätsklinik für Neurologie der Uni Bern und des Inselspitals konnten nun aufzeigen, dass die Induktion von langsamwelligem Schlaf (dem Non-REM-Schlaf, auch als Tiefschlafphase bezeichnet) bei einem Nagetiermodell die motorische Erholung nach einem Schlaganfall verbessert. Dazu wandten sie die Optogenetik an, eine Technologie, mit der sich neuronale Aktivität und Hirnwellen mit Licht kontrollieren lassen. Ausserdem bringen diese Erkenntnisse langsame Wellen, ein während des Schlafs vorherrschender Typ von Hirnwellen, mit der Förderung der Plastizität des Gehirns in Verbindung.

In der seit Langem bestehenden Kontroverse über die Rolle dieser Wellen für das Gehirn bei Gesundheit und Krankheit bietet dies einen neuen konzeptuellen Ansatz. Die gewonnenen Erkenntnisse eröffnen die Möglichkeit, den Schlaf zu fördern und zu verbessern, etwa durch Medikamente oder transkranielle Gehirnstimulation, um die Erholung nach einem Schlaganfall zu fördern.

Referenzen:
Universität Bern; Slow waves promote sleep-dependent plasticity and functional recovery after stroke; The Journal of Neuroscience, 21. Okt. 2020; https://www.jneurosci.org/content/early/2020/10/14/JNEUROSCI.0373-20.2020

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Immunologie Infektiologie Virologie Wissenschaft

Wie Coronaviren Zellen kapern

Schweizer Wissenschaftler haben einen Mechanismus entdeckt, wie das Coronavirus menschliche Zellen manipuliert, um seine eigene Vermehrung sicherzustellen. Wie ein Pirat, der ein Schiff kapert, übernimmt ein Virus die Kontrolle über eine infizierte Zelle, denn jedes Virus ist für seine Vermehrung auf die Ressourcen und molekularen Maschinen der Zelle angewiesen. 

Nachdem bei einer Sars-CoV-2 Infektion das Virus in eine menschliche Zelle eingeschleust wird, wird das Protein NSP1 als eines der ersten Virusproteine hergestellt. Von anderen Coronaviren wusste man bereits, dass NSP1 die Produktion von zelleigenen Proteinen hemmt. Nicht bekannt war, wie dies geschieht. 

Offenbar bindet NSP1 innerhalb eines Ribosomen-Kanals und blockiert so diese zellulären Maschinen, die zur Proteinherstellung nötig sind. Mittels Kryo-Elektronenmikroskopie konnte die Bindungsstelle von NSP1 mit atomarer Auflösung dargestellt werden. Dieses detaillierte Abbild liefert wichtige Informationen zum Design eines möglichen künftigen Medikaments. Basierend darauf konnten die Forscher bereits abgeänderte NSP1 Varianten herstellen, die ihre hemmende Wirkung verloren haben. Solche abgeschwächten, inaktiven Viren könnten als Impfstoff verwendet werden.

Die Wissenschaftler interessierte auch die Frage, warum trotz der Hemmung der Ribosomenfunktion durch NSP1, Virenproteine unvermindert in grossen Mengen hergestellt werden. Und stellten fest, dass durch die Blockierung durch NSP1 funktionsfähige Ribosomen zwar knapp werden, gleichzeitig die virale RNA aber fast die Hälfte der gesamten RNA in der Zelle ausmacht. Unter diesen Bedingungen wird die virale RNA von den noch funktionsfähigen Ribosomen gegenüber den zelleigenen Boten-RNAs also bevorzugt abgelesen, so die Forscher. 

Referenzen:

ETH Zürich, Universität Bern https://ethz.ch/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2020/09/mechanismus-wie-das-coronavirus-zellen-kapert.html

SARS-CoV-2 Nsp1 binds the ribosomal mRNA channel to inhibit translation; Nature Structural & Molecular Biology, 9/9/2020; https://www.nature.com/articles/s41594-020-0511-8

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Onkologie Wissenschaft

Strahlentherapie: Gene beeinflussen Wirksamkeit

Eines der grossen Rätsel der Krebsforschung ist, wieso bestimmte Patienten auf eine Strahlentherapie besser ansprechen als andere. Wissenschaftler der Universität Bern haben nun in enger Zusammenarbeit mit dem niederländischen Krebsforschungszentrum in Amsterdam entdeckt, welche Gene hierfür eine wichtige Rolle spielen. Daraus ergeben sich neue Erkenntnisse für die Krebsbehandlung.

„Wir hoffen, dass unserer Erkenntnisse dazu beitragen die Aussichten auf Erfolg einer Strahlentherapie besser vorherzuzsagen, zudem können die Ergebnisse dazu verwendet werden, neue Medikamente zu entwickeln, welche die Effizienz der Radiotherapie verbessern könnten“, so Prof. Sven Rottenberg, Universität Bern.

Das Team um Rottenberg untersuchte mittels genetischen Screenings die Selbstreparatur von Krebszellen. Dabei stiessen sie auf entscheidende Schwachstellen: Wenn bestimmte Reparatur-Gene in Krebszellen fehlen, sind diese unfähig, sich nach der Bestrahlung selber zu reparieren. Dies konnten die Forschenden im Tiermodell und in menschlichen Zellen nachweisen. Wenn diese Gene fehlen, besteht somit eine gute Chance, dass die Strahlentherapie erfolgreich sein wird. Rottenberg: „Unsere Erkenntnisse zeigen, wie wichtig eine personalisierte Krebstherapie ist, welche die genetische Prädisposition der Betroffenen berücksichtigt.“

Referenzen:

Universität Bern; Cancer Institute Amsterdam

Functional radiogenetic profiling implicates ERCC6L2 in non-homologous end joining; Cell Reports, 25.8.2020; https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(20)31053-6

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Leben Neurologie Wissenschaft

REM-Schlaf beeinflusst Essverhalten

Viele verschiedene Hirnregionen zeigen eine erhöhte Aktivität während des REM-Schlafs, einer Schlafphase, in der wir intensiv träumen und die durch schnelle Augenbewegungen gekennzeichnet ist. Auch der sogenannte laterale Hypothalamus, eine kleine, evolutionär konservierte Struktur bei allen Säugetieren im Zwischenhirn, zeigt erhöhte Aktivität während des REM-Schlafs. Warum, ist weitgehend unbekannt. Im Wachzustand orchestrieren die Nervenzellen aus diesem Hirnareal den Appetit und die Nahrungsaufnahme und sie spielen eine wichtige Rolle bei Motivation und Suchtverhalten.

Forschende der Universität Bern und des Inselspitals, Universitätsspital Bern, haben nun entdeckt, dass die Aktivität dieser Nervenzellen während des REM-Schlafs, unser Essverhalten reguliert. Wird diese Aktivität bei Mäusen durch Lichtimpulse unterdrückt, ist ihr Appetit gestört und die Mäuse nehmen weniger Nahrung zu sich.

Das bedeutet, dass der REM-Schlaf nötig ist, um die Nahrungsaufnahme stabil zu halten, so die Forscher, und dass nicht die Schlafmenge allein wichtig ist, damit wir uns wohl fühlen, sondern dass es auch auf die Schlafqualität ankommt.

Der entdeckte Zusammenhang zwischen der Aktivität der Zellen im REM-Schlaf und dem Essverhalten könnte dazu dienen, neue Therapieansätze bei Essstörungen zu entwickeln. Zudem könnten sie auch für die Motivation und das Suchtverhalten von Bedeutung sein.

Referenzen:
Universität Bern, Inselspital Bern
Pressemitteilung
REM sleep stabilizes hypothalamic representation of feeding behavior, P.N.A.S., 31 July 2020,
https://doi.org/10.1073/pnas.1921909117

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