Schmerz-Gen erzeugt Synästhesie

Rund 600 Gene sind an der Regulierung und Wahrnehmung von Schmerzen beteiligt, das enthüllte jetzt eine in „Cell“ veröffentlichte Studie. Für Überraschung sorgte dabei das Gen „α2δ3“: Denn es beeinflusst nicht nur die Schmerzempfindlichkeit, sondern entpuppte sich auch als das erste jemals identifizierte Gen für Synästhesie. Menschen mit dieser Fähigkeit empfinden etwa Worte als Farben oder Klänge als Bilder und sind überdurchschnittlich kreativ.

Etwa einer von fünf Erwachsenen leidet unter akuten oder chronischen Schmerzen. Die Intensität, mit der Schmerz empfunden wird, ist von Mensch zu Mensch verschieden. Aus Zwillingsstudien weiß man, dass genetische Veranlagung dabei eine große Rolle spielt. Die beteiligten Gene und die molekularen Mechanismen der Schmerzentstehung sind jedoch noch großteils unbekannt. Jetzt hat ein internationales Forscherteam um die Molekularbiologen Josef Penninger und Greg Neely von der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in Wien und den Neurobiologen Clifford Woolf von der Harvard Medical School in Boston in einer großangelegten Studie systematisch nach Schmerz-Genen gesucht – mit Erfolg.

600 Schmerz-Gene identifiziert

Die Forscher nutzten zunächst die Möglichkeiten der Wiener Fliegenbibliothek VDRC und untersuchten nahezu alle Gene der Fliege auf ihre Rolle bei der Schmerzempfindung. Mittels RNA-Interferenz wurde Gen um Gen einzeln ausgeschaltet und die Insekten danach einem Hitzereiz ausgesetzt. Flohen die Tiere nicht vor den schädlichen Temperaturen, so war ihr Schmerzempfinden offenbar herabgesetzt. Es zeigte sich, dass die gewaltige Zahl von 600 Genen an der Regulierung und Wahrnehmung von Schmerzen beteiligt ist.

Von den rund 600 gefundenen Genen, die an der Schmerzverarbeitung beteiligt sind, wählten die Forscher das Gen α2δ3 für weitere Studien am Menschen aus. Es ist für die Bewegung von Kalziumionen durch Zellmembranen verantwortlich, ein Mechanismus, in den bekanntermaßen einige wirksame Schmerzmittel eingreifen. Um herauszufinden, ob das α2δ3 -Gen die Schmerzwahrnehmung beim Menschen beeinflusst, wurden Studien mit gesunden Freiwilligen durchgeführt, die genetische Varianten im Bereich des α2δ3 -Gens aufweisen.

Die Tests, bei denen die Reaktion auf kurze Hitzepulse gemessen wird, bescheinigten den Trägern einiger Genvarianten tatsächlich ein geringeres Schmerzempfinden. Die Forscher stellten zudem fest, dass Patienten mit diesen Genabweichungen nach Bandscheibenoperationen wesentlich seltener über chronische Rückenschmerzen klagen als Personen mit dem unveränderten Gen.

Können Mäuse Schmerz sehen?

In einem nächsten Schritt untersuchten die Wissenschaftler die Schmerzverarbeitung bei Mäusen, deren α2δ3 -Gen mutiert ist. In Kooperation mit Andreas Hess (Universität Erlangen-Nürnberg) konnten sie den Verlauf des Schmerzsignals im Körper der Tiere sichtbar machen. Magnetresonanz- Aufnahmen des Gehirns zeigten, dass das Signal auch bei den Mäusen mit Gendefekt unverändert im Thalamus – einer ersten Schaltzentrale des Gehirns – ankommt.

Von dort wird es jedoch nicht korrekt in die Gehirnrinde weitergeleitet, wo der Schmerz erst bewusst wird. Stattdessen tauchen Aktivitätsmuster in anderen Gehirnregionen auf, die für optische, akustische, oder olfaktorische Eindrücke stehen. Allem Anschein nach sehen, hören oder riechen die genveränderten Mäuse den Schmerz anstatt ihn zu fühlen.

α2δ3 entpuppt sich als erstes Synästhesie-Gen

Dieses Phänomen der gekoppelten Sinneseindrücke ist als Synästhesie bekannt und betrifft etwa vier Prozent der Bevölkerung. Besonders künstlerisch veranlagte Menschen erleben häufig derartige Assoziationen, etwa von Worten mit Farben oder Lauten mit Bildern. Berühmte Synästheten waren zum Beispiel Franz Liszt oder Olivier Messiaens. Synästhesie ist erblich und wird mit gesteigerter Intelligenz und Kreativität in Verbindung gebracht.

„Diese Ergebnisse kamen für uns völlig unerwartet“, ist Penninger überrascht. „wir haben überhaupt nicht nach synästhetischen Phänomenen gesucht. Mit den α2δ3 -Mutanten haben wir vermutlich das erste Tiermodell zur Hand, an dem sich Synästhesie studieren lässt – ein ganz neuer Zweig der

Neurobiologie.“

Individuelle Schmerzprofile und neue Analgetika

Für die Schmerzforschung stellt die Studie einen wichtigen Meilenstein dar. „Unser Screen erlaubt uns völlig neue Einblicke in das komplexe Verhalten der Schmerzempfindung“, so Penninger. „Wir haben hunderte neue Kandidaten-Gene für Schmerzwahrnehmung identifiziert, und viele davon werden wir beim Menschen wiederfinden. So können wir das Phänomen Schmerz auf molekularer Ebene verstehen.“ Langfristig rechnen die Forscher auch mit der Entwicklung neuer Schmerzmedikamente und der Möglichkeit, individuelle Vorhersagen über das Schmerzrisiko von Patienten treffen zu können.

(IMBA – Institut für Molekulare Biotechnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, 12.11.2010 – NPO)