Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Arbeiten im Umspannwerk

12.08.2011
Neues Verfahren zeigt, wie die Körnerzellen des Hippocampus Informationen verarbeiten

Lernen und Gedächtnis sind ohne den Hippocampus des Gehirns nicht möglich. Eine zentrale Schaltstelle bei der Weitergabe von Informationen in den Hippocampus stellen die Körnerzellen dar: Ihre stark verzweigten Zellfortsätze, die Dendriten, empfangen einen Großteil aller von anderen Nervenzellen eingehenden Informationen.


Fluoreszenzgefärbte Körnerzellen im Hippocampus. © Stefan Remy

Die genaue Erforschung der Körnerzell-Dendriten war allerdings aufgrund ihrer geringen Größe bisher kaum möglich. Ein an der Universität Bonn in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) entwickeltes Verfahren ermöglicht es nun, die winzigen Dendriten und ihre Eigenschaften besser zu untersuchen. Eine erste Studie liefert erstaunliche Erkenntnisse: Die Körnerzellen verarbeiten eingehende Informationen völlig anders als andere wichtige Neuronen im Gehirn.

Die Körnerzellen fungieren im Hippocampus als eine Art Umspannwerk: Sie empfangen Informationen aus dem entorhinalen Kortex – einer Hirnregion, die unter anderem beim Lernen und der räumlichen Orientierung eine wichtige Rolle spielt – verarbeiten sie und leiten sie dann in den Hippocampus weiter. Ein charakteristisches Merkmal der Körnerzellen ist ihr weit verzweigter Dendritenbaum: die kleinen Fortsätze entspringen am Zellkörper und verzweigen sich immer stärker, je weiter sie sich von diesem entfernen – ganz ähnlich wie die Wurzeln vieler Pflanzen. Der Durchmesser der Dendriten wird dabei immer kleiner. Gerade an den kleinsten Dendriten endet jedoch ein Großteil der synaptischen Signale, über die die Nervenzellen des entorhinalen Kortex Informationen an die Körnerzellen weitergeben.

Heinz Beck und Roland Krueppel vom Labor für Experimentelle Epileptologie und Kongnitionsforschung an der Klinik für Epileptologie der Universität Bonn und Stefan Remy vom Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen etablierten nun ein Verfahren, mit dem sich die winzigen Dendriten in lebenden Hirnschnitten sichtbar machen lassen. Die Wissenschaftler platzierten dann zwei kleine Glaselektroden im Zellkörper sowie im Dendrit einzelner Körnerzellen, um zu untersuchen, wie die Signale von der Synapse zum Zellkörper fortgeleitet werden. Mit Hilfe eines zweiten Verfahrens, genannt Multi-photonen Glutamatuncaging, simulierten sie die Aktivierung von Synapsen an den Dendriten. Dazu setzten sie an einzelnen Synapsen per Lichtimpuls Neurotransmittersubstanzen frei.

Die Untersuchungen zeigten, dass die Dendriten der Körnerzellen die einkommenden synaptischen Signale stark abschwächen. Einzelne Synapsen haben daher einen nur geringen Einfluss auf die Aktivität der Körnerzellen. Die Forscher errechneten, dass an Körnerzellen rund 55 Synapsen-Signale benötigt werden, um ein Aktionspotential zu erzeugen. An Pyramidalneuronen hingegen, einem anderen zentralen Typ von Nervenzellen im Gehirn, reichen bereits etwa 5 Synapsen, um eine solches Aktionspotential hervorzurufen. „Das ist deshalb von Bedeutung, weil in Nervenzell-Netzwerken Informationen nur dann an andere Neuronen weitergegeben werden, wenn ein Aktionspotential erzeugt und weitergeleitet wird“, erläutert Stefan Remy vom DZNE.

Körnerzellen verrechnen die Botschaften einzelner Synapsen linear, berichten die Wissenschaftler weiter: 1 + 1 + 1 ergibt nach diesem Modell 3. Andere Neuronen hingegen verstärken die Information einzelner Synapsen, sobald ein gewisser Schwellenwert erreicht ist. 1+1+1 ergibt dann zum Beispiel 5. Eine Signalverstärkung erfolgt bei vielen Nervenzellen auch dann, wenn viele Synapsen zeitgleich feuern. Auch in diesem Fall bilden die Körnerzellen eine Ausnahme: „Körnerzellen zeigen sich ziemlich unabhängig von so einer Synchronität“, erklärt Stefan Remy. „Man kann sagen, dass sie einfach stur die Zahl der erregenden Synapsen zusammenrechen und erst dann ein Aktionspotential freisetzen, wenn ein kritischer Wert erreicht ist.“

„Unsere Beobachtungen lassen sich vor allem dadurch erklären, dass die Körnerzell-Dendriten viel weniger und andere Typen von spannungsabhängigen Ionenkanälen haben als andere Nervenzellen“, erläutert Stefan Remy. „Die synaptische Erregung wird also anders weiterverarbeitet.“ Über den genauen Sinn hinter dieser Art der Informationsverarbeitung, können die Forscher bisher nur spekulieren. „Es scheint, dass die Körnerzellen wie eine Art Filter fungieren,“ so Remy. „Eine hohe Aktivität in den vorgeschalteten Nervenzell-Netzwerken wird in weniger, aber gezielte Aktivität umgewandelt.“

Bekannt ist, dass schon kleine Veränderungen in der Verarbeitung synaptischer Signale die Ausgangssignale verändern und damit die Aktivität ganzer Nervenzell-Netzwerke beeinflussen. Solche Veränderungen tragen vermutlich auch zu den kognitiven Defiziten bei, die mit neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer oder mit Epilepsien einhergehen.

„Durch die Entwicklung besserer Untersuchungsmethoden können wir die Vorgänge im gesunden Gehirn besser erforschen und verstehen“, sagt Remy. „Denn trotz intensiver Forschung und vieler neuer Erkenntnisse ist letztlich immer noch nicht klar, wie Lernen und Gedächtnis auf zellulärer Ebene funktioniert. Erst wenn wir das verstehen, können wir auch verstehen, was im erkrankten Gehirn schief läuft.“

Originalarbeit:
Roland Krueppel, Stefan Remy, and Heinz Beck: Dendritic integration in hippocampal dentate granule cells. Neuron, Volume 71, Issue 3, 512-528, 11 August 2011, DOI: 10.1016/j.neuron.2011.05.043

Kontaktdaten:

Dr. Stefan Remy
Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE)
c/o Uniklinik Bonn
Sigmund-Freud-Str. 25
53105 Bonn
Tel: +49 (0) 228 / 28751-605
stefan.remy(at)dzne.de
Dr. Katrin Weigmann
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen e.V. (DZNE)
Holbeinstr. 13-15
53175 Bonn
Tel: 0228 43302 263
Mobil: 01735471350
katrin.weigmann(at)dzne.de

Katrin Weigmann | idw
Weitere Informationen:
http://www.dzne.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Designerviren stacheln Immunabwehr gegen Krebszellen an
26.05.2017 | Universität Basel

nachricht Wachstumsmechanismus der Pilze entschlüsselt
26.05.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften