BDNF-Neuronen steuern das Kauen und den Appetit bei Mäusen

US-amerikanische Forschende haben entdeckt, dass ein verblüffend einfacher Hirnschaltkreis aus lediglich drei Neuronentypen die Kaubewegungen von Mäusen steuert – und zudem einen unerwarteten Einfluss auf ihren Appetit hat.

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

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

BDNF-Neuronen im ventromedialen Hypothalamus

Dass Schäden im Hirnbereich des ventromedialen Hypothalamus beim Menschen Fettleibigkeit auslösen können, war bereits bekannt. Kosse und ihr Team untersuchten deshalb die Neuronen in diesem Abschnitt des Mäusehirns genauer. Frühere Arbeiten hatten gezeigt, dass Störungen bei der Bildung eines Proteins namens vom Gehirn abgeleiteter neurotropher Faktor (BDNF) mit Stoffwechsel, übermäßigem Essen und Fettleibigkeit zusammenhängen.

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

„Dieses Ergebnis war zunächst rätselhaft, weil frühere Studien nahegelegt hatten, dass dieser ‚hedonische‘ Antrieb, aus Genuss zu essen, deutlich vom Hungerantrieb abweicht. Letzterer versucht, das mit Hunger verbundene negative Gefühl oder die negative Valenz durch Essen zu unterdrücken“, erläutert Kosse. „Wir haben gezeigt, dass die Aktivierung von BDNF-Neuronen beide Antriebe unterdrücken kann.“

Das deutet darauf hin, dass BDNF-Neuronen an einer weiter unten gelegenen Stelle der Entscheidungskette sitzen: zwischen Kauen und Nichtkauen.

Der Schaltkreis steuert Kieferbewegungen und Nahrungsaufnahme

Wurde der BDNF-Neuronenschaltkreis bei Mäusen dagegen gehemmt, stieg ihr Zwang, den Kiefer zu bewegen und alles anzunagen, drastisch an. Dazu gehörten auch unverdauliche Gegenstände wie die Wasserflasche und Überwachungsgeräte. War Nahrung verfügbar, fraßen die Tiere innerhalb eines festgelegten Zeitraums 1.200 Prozent mehr als gewöhnlich.

Passend zu früheren Erkenntnissen über die mögliche Rolle von BDNF beim Essen legen die Ergebnisse nahe, dass diese Neuronen und die von ihnen produzierten chemischen Stoffe den Appetit normalerweise unterdrücken – es sei denn, andere Körpersignale wie Hunger geben etwas anderes vor.

Kosse und ihr Team stellten fest, dass BDNF-Neuronen von sensorischen Neuronen Informationen über den inneren Zustand des Körpers erhalten. Dazu zählt auch eine Variante, die bekanntermaßen das Hungergefühl erzeugt. Leptin gehört zu den wichtigsten Signalmolekülen in diesem System und ist ebenfalls für seine Rolle bei Hunger und Fettleibigkeit bekannt.

Abhängig von diesen Sinnesinformationen regulieren die BDNF-Neuronen anschließend die pMe5-Motorneuronen, die den Kiefer zum Kauen bringen.

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

Wurden die BDNF-Neuronen von den für das „Kauen“ zuständigen Motorneuronen isoliert, kauten die Mäuse sogar ohne etwas zum Beißen. BDNF-Neuronen dämpfen demnach eine Kauaktivität, die standardmäßig auf ein geschaltet ist.

Warum Hirnschäden zu übermäßigem Essen führen können

Das erklärt, weshalb Schäden in dem Hirnbereich, in dem sich BDNF-Neuronen befinden, beim Menschen zu übermäßigem Essen führen können.

„Die in unserer Arbeit vorgelegten Belege zeigen, dass die mit diesen Läsionen verbundene Fettleibigkeit durch den Verlust dieser BDNF-Neuronen entsteht. Die Ergebnisse führen die bekannten Mutationen, die Fettleibigkeit verursachen, in einem relativ schlüssigen Schaltkreis zusammen“, erklärt der Molekulargenetiker Jeffrey Friedman von der Rockefeller-Universität.

Die Forschenden waren von der Einfachheit dieses Schaltkreises überrascht, da er mit Schaltkreisen hinter Reflexverhalten wie Husten vergleichbar ist. Essen galt bislang als deutlich komplizierterer Vorgang. Dieser Hirnbereich ist jedoch 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 stärker verschwimmt, als wir angenommen hatten“, schließt Friedman.

Die Studie wurde in Nature veröffentlicht.