34.3.4.1 Exploratorische Wachstumskegel suchen dem Axon den besten Weg

Zellkultur- und Zeitraffervideo-Techniken haben unsere Anschauung davon, wie Nervenzellfortsätze wachsen, dramatisch verbessert. An ihren Spitzen tragen wachsende Axone und Dendriten Spezialisierungen, sogenannte Wachstumskegel (growth cones). Diese Wachstumskegel sind äußerst mobile Zellmembranspezialisierungen mit fingerförmig ausladenden Filopodien oder Mikrospikes, die eine Länge bis zu 50 µm erreichen können (Abb. 34-39). Anthropomorph betrachtet gleichen die Suchbewegungen eines Wachstumskegels den Bemühungen eines Blinden, sich mit ausladenden Bewegungen vorwärtszutasten und den besten Weg auszuwählen. Durch Richtungswechsel und Verzweigungen (ein Axon kann mehrere Wachstumskegel an seiner Spitze tragen) sowie die Länge ihrer "Finger" (Filopodien), die häufig kollabieren und neugebildet werden, wird ein relativ großes Areal nach dem richtigen Weg abgesucht.

Den Motor für die Beweglichkeit der Wachstumskegel und das ruhelose, exploratorische Hin und Her der Filopodien stellen Actin-Mikrofilamente dar. Die Zugabe von Cytochalasin B, einem Inhibitor der Actin-Polymerisation, läßt die Wachstumskegel erstarren. Die Aktivität der Wachstumskegel ist zudem an einen hohen Turnover von Membranbestandteilen gekoppelt. Der Vesikelturnover in dieser Wachstumsphase verwendet teilweise die gleichen Mechanismen wie der Vesikelzyklus bei der synaptischen Transmission. Er kann z.B. durch die temperatursensitive Mutation im Drosophila-Gen shibire (shi) bei hohen Temperaturen (30°C) gestört werden. shibire codiert für Drosophila-Dynamin, welches für die Endocytose von Vesikeln notwendig ist. Diese wird normal initiiert, aber die Abtrennung der bereits durch den Clathrin-Proteinkomplex eingeschnürten Vesikel findet nicht statt. Nichtpermissive Temperaturen führen in Kulturen von homozygoten shits-Neuronen zum reversiblen Stop des Axonwachstums (Abb. 34-40).

Die tastenden Bewegungen des Wachstumskegels implizieren die Existenz von Sensoren für Signale aus seiner Umwelt. Der primäre Adressat der Signaltransduktion ist das Cytoskelett und das Resultat die Translokation der Actinfilamente. Positive Hinwendung des Wachstumskegels bedingt die lokale Ansammlung von Actin, die Abwendung von einem negativen Signal korreliert mit dem lokalen Verlust hiervon. Über die Natur der Signaltransduktionsketten vom Rezeptor zum Cytoskelett ist noch nicht viel bekannt.