Zusammenfassung
Das Ziel der Neuro- und Psychopharmakologie ist die Aufklärung und gezielte Beeinflussung der chemischen Signalübertragung im Zentralnervensystem (ZNS) zu wissenschaftlichen oder therapeutischen Zwecken. Die Grundlage dafür ist die Tatsache, dass die Signalübertragung zwischen Nervenzellen im Wesentlichen über Neurotransmitter und Neuropeptide erfolgt, d. h. über chemische Botenstoffe, die von einer Zelle synthetisiert und freigesetzt werden und an postsynaptischen Zellen physiologische Veränderungen (Erhöhung oder Verminderung des Membranpotenzials, Regulation der Aktivität intrazellulärer Signalkaskaden oder der Genexpression) hervorrufen. Neuromodulatoren (z. B. Endocannabinoide) können diese Vorgänge regulieren.
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Notes
- 1.
Ramón y Cajal erhielt zusammen mit Camillo Golgi 1906 den Nobelpreis. Die wesentlichen anatomischen Entdeckungen zur Grundlage der Neuronentheorie gehen auf den Einsatz der von Golgi entwickelten Methode zur Anfärbung einzelner Nervenzellen zurück.
- 2.
Agonisten haben in der Regel die gleiche physiologische Wirkung wie der natürliche Ligand. Antagonisten vermindern oder blockieren die Wirkung des natürlichen Liganden und der Agonisten. Es gibt kompetitive Antagonisten, die mit dem Transmitter oder seinen Agonisten um dieselbe Rezeptorbindungsstelle konkurrieren, und nichtkompetitive Antagonisten, die an einer anderen Stelle des Rezeptors binden und seine Aktivität vermindern.
- 3.
Loewi und Dale erhielten für ihre Arbeiten 1936 den Nobelpreis.
- 4.
Muscarin gehört, zusammen mit Muscimol und Ibotensäure, zu den Giften des Fliegenpilzes (Amanita muscaria).
- 5.
Nicotin ist ein Alkaloid, das in der Tabakpflanze (Nicotiana tabacum) vorkommt.
- 6.
65 und 67 stehen für die Atommassen der Enzyme in Kilodalton (kDa).
- 7.
Strenggenommen ist es falsch, von erregenden oder hemmenden Transmittern zu sprechen, denn die Effekte des Öffnens von Ionenkanälen auf das Membranpotenzial der Zelle hängen von der Ionenverteilung an der Membran ab. Beispielsweise liegt im embryonalen Gehirn teilweise eine hohe intrazelluläre Chloridkonzentration vor, sodass GABA-Rezeptoren in den frühen Phasen der Entwicklung des ZNS durch einen Ausstrom von Chlorid aus der Zelle erregende Wirkung auf die Zelle haben.
- 8.
Bei der Transkription eines Gens (DNA-Sequenz) in die entsprechende messenger-RNA wird zunächst eine prä-mRNA gebildet, die aus codierenden und nichtcodierenden Nucleinsäuresequenzen besteht. Aus demselben Gen können dann durch das sog. „alternative Spleissen“ (engl. alternative splicing) etwas unterschiedliche reife mRNA-Moleküle gebildet werden, je nachdem, an welcher Stelle die Splice-Enzyme die nichtcodierenden Sequenzen ausschneiden. Werden diese mRNAs dann in den Ribosomen in das entsprechende Protein translatiert, so können diese Unterschiede der Aminosäuresequenz zu etwas unterschiedlichen biochemischen und physiologischen Eigenschaften führen. Dies erhöht die Vielfalt des durch ein Gen codierten Proteins.
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Arvid Carlsson erhielt für seine Entdeckungen im Jahr 2000 zusammen mit Eric Kandel und Paul Greengard den Medizin-Nobelpreis.
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Neuerdings stehen als weitere molekularbiologische Methoden auch optogenetische Verfahren zur Verfügung. Dabei wird durch teils zelltypspezifisches Einschleusen von lichtempfindlichen Kanalrhodopsinen ins Genom von Nervenzellen durch virale Vektoren ein Ionenkanal exprimiert, der durch gezielte Beleuchtung über intracerebrale Lichtsonden geöffnet werden kann. Damit können diese Zellen mit höchster zeitlicher Präzision aktiviert oder gehemmt werden. Eine weitere moderne Methode stellen die „DREADDs“ (Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drugs) dar. Hier werden ebenfalls gezielt in bestimmten Nervenzellen künstlich hergestellte G-Protein-gekoppelte Rezeptoren exprimiert, die nur durch künstlich hergestellte Liganden (z. B. Clozapin N-Oxid) aktiviert werden können.
- 11.
Die Präfixe „l-“ oder „d-“ bei Naturstoffen gehen auf deren Spiegelbildisomerie (Chiralität oder Händigkeit) zurück. Spiegelbildisomere gleichen sich in allen physikochemischen Eigenschaften (Löslichkeit, Schmelzpunk, etc.), unterscheiden sich aber in ihrer Eigenschaft, polarisiertes Licht entweder nach rechts (d = dexter, lat. rechts) oder nach links (l = laevus, lat. links) zu drehen. Aminosäuren kommen in der Natur nur in der l-Form vor.
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Die Entdeckung des Belohnungssystems geht im Wesentlich auf Hirnstimulationsversuche an Ratten zurück, die James Olds und Peter Milner in den 1950er-Jahren durchgeführt haben. Zusammen mit den daran anschließenden Tierversuchen zur intracraniellen Selbstverabreichung von Drogen durch Bartley Hoebel haben sie das Fundament für die moderne Forschung zum Belohnungssystem gelegt.
- 13.
Die Tatsache, dass der Ausgangsstoff für Serotonin eine essenzielle Aminosäure ist, führte in der Vergangenheit zu interessanten diätetischen Überlegungen. Essenzielle Aminosäuren werden vom Organismus gebraucht, können aber nicht im Körper synthetisiert werden, sondern müssen durch die Nahrung aufgenommen werden. Deshalb gab es Überlegungen, dass durch Zufuhr von tryptophanreichen Nährstoffen der Serotoninspiegel im Gehirn erhöht werden kann. Da jedoch die beiden Syntheseenzyme des Serotonins (Tryptophan-Hydroxylase und Aminosäure-Decarboxylase) bei normaler Ernährung bereits gesättigt sind, wirken sich solche diätetischen Maßnahmen kaum aus (so, wie ein Auto mit vollem Tank keine höhere Geschwindigkeit erreicht als eines mit fast leerem Tank). Allerdings kann eine tryptophanarme Diät in der Tat zu einem Serotoninmangel führen. Dies wird experimentell auch ausgenutzt, etwa um Versuchspersonen kurzfristig aggressiver zu machen.
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Interessanterweise kommen 5-HT2A-Rezeptoren auch als sog. Heterodimere – funktionell antagonistisch – gekoppelt an metabotrope Glutamatrezeptoren (mGluR 2/3) vor.
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Histos, altgriech. Gewebe.
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Daneben wirken die Methylxanthine auch als Inhibitoren des Enzyms Phosphodiesterase, welches die intrazellulären Botenstoffe cAMP und cGMP zu AMP bzw. GMP abbaut. Durch Hemmung der Phosphodiesterase wird die über eine Stimulation der Adenylat-Cyclase bewirkte Erhöhung der cAMP-Konzentration aufrechterhalten.
- 17.
Bei der Bildung einer Peptidbindung handelt es sich um eine Kondensationsreaktion, bei der die Aminogruppe der einen Aminosäure mit der Carboxylgruppe einer zweiten Aminosäure unter Wasserabspaltung kovalent verbunden wird. So können lange Peptidketten und schließlich Proteine entstehen.
- 18.
Das Koexistenzprinzip wurde von dem schwedischen Neurowissenschaftler Tomas Hökfelt eingeführt.
- 19.
Einzelnucleotid-Polymorphismen (engl. single nucleotide polymorphisms oder kurz SNPs) sind relativ häufig vorkommende Veränderungen der Nucleotidsequenz eines bestimmten Gens, bei der ein Nucleotid der DNA durch ein anderes ersetzt wird, z. B. kann Cytosin durch Thymin ausgetauscht werden. Da der genetische Code redundant ist, kann es sein, dass dies ohne Konsequenz für das durch dieses Gen codierte Protein ist. Es gibt aber auch die Möglichkeit, dass es durch den SNP zum Austausch einer Aminosäure im Protein kommt, wodurch die Funktion dieses Proteins – z. B. ein bestimmter Transmitterrezeptor – verändert wird.
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HPA: engl. hypothalamus-pituitary gland-adrenal cortex.
- 21.
Zunächst als „Morphium“ bezeichnet nach Morpheus, dem Gott des Traumes in der griechischen Mythologie.
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Koch, M. (2020). Neuro- und Psychopharmakologie. In: Roth, G., Heinz, A., Walter, H. (eds) Psychoneurowissenschaften. Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-59038-6_3
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