Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nervenzellen unter sich - die Lösung

11.05.2001

Nur durch die Zusammenarbeit von Millionen von Nervenzellen, denNeuronen, ist unser Nervensystem zu seinen unglaublichen Leistungen fähig.Wie funktioniert aber die Kommunikation zwischen den Neuronen? Die Stelleder Kontaktaufnahme zwischen zwei Neuronen, die Synapse, steht seitJahrzehnten im Mittelpunkt der weltweiten, neurobiologischen Forschung.Prof. Dr. Reto Weiler, Dr. Konrad Schultz und Dr. Ulrike Janssen-Bienhold,Neurobiologen des Oldenburger Fachbereichs Biologie, entdeckten jetztgemeinsam mit ihren niederländischen Kollegen Dr. Maarten Kamermans, IrisFahrenfort und Dr. Trijntje Sjoerdsma, Netherland Ophthalmic ResearchInstitute, Amsterdam, einen bisher völlig unbekannten Typ dersynaptischen Kommunikation. Ihre richtungsweisenden Forschungsergebnissestellen sie in der heute erscheinenden Ausgabe des WissenschaftsjournalsSCIENCE (Volume 292, 11. Mai 2001) vor.

Bisher war bekannt, dass die synaptische Kommunikation auf zwei grundlegenden Mechanismen beruht: Bei chemischen Synapsen wird als Folge der elektrischen Erregung eines Neurons an dessen Synapse eine chemische Substanz freigesetzt. Diese wiederum bewirkt, dass es in dem über die Synapse verbundenen Neuron ebenfalls zu einer elektrischen Erregung kommt. Bei einer elektrischen Synapse sind zwei Neuronen direkt durch Kanäle verbunden, über die sich die elektrische Erregung von einem auf das andere Neuron fortpflanzen kann.


Die Oldenburger Wissenschaftler haben nun gemeinsam mit der holländischen Arbeitsgruppe einen dritten Typ der synaptischen Kommunikation entdeckt. Dieser enthält Elemente von chemischen und elektrischen Synapsen. Fündig wurden die Wissenschaftler in der Netzhaut des Auges, der Retina, die als Teil des Gehirns alle typischen neuronalen Verschaltungen zeigt. Eine dieser Verschaltungen ist die "Rückwärts-Inhibition". Dabei bilden zwei Neuronen einen kleinen Regelkreis. Die Erregung des einen Neurons (präsynaptisches Neuron) führt über eine chemische Synapse zur Erregung des synaptisch verbundenen Neurons (postsynaptisches Neuron), und dieses Neuron inhibiert anschließend das präsynaptische Neuron. Solche Rückwärts-Inhibitionen bilden eine wichtige Basis aller bekannten neuronalen Funktionen.
In der äußeren Retina findet sich ein solcher Schaltkreis zwischen den Photorezeptoren und den Horizontalzellen und bildet die Grundlage für das Kontrast- und Farbensehen. Die Photorezeptoren setzen an ihren synaptischen Endigungen entsprechend ihrer Erregung den Neurotransmitter Glutamat frei. Diese Freisetzung wird ermöglicht durch spannungs-abhängige Kalziumkanäle der Photorezeptoren im Synapsenbereich. Glutamat reguliert schließlich die Leitfähigkeiten von Ionenkanälen auf den Horizontalzellen. Dadurch kommt es zur Erregung der Horizontalzellen und als Folge davon zu einer Reduzierung der Freisetzung von Glutamat durch die Photorezeptoren. Durch eine Vielzahl von Studien haben weltweit verschiedene Labors die einzelnen molekularbiologischen Komponenten dieser Rückwärts-Hemmung in den letzten Jahren aufgeklärt. Eine Frage blieb allerdings trotz größter Anstrengungen ungelöst: Was für ein chemisches Signal verwenden die Horizontalzellen, um die Photorezeptoren zu inhibieren?


Die beiden Arbeitsgruppen konnten jetzt zeigen, dass keinerlei chemisches Signal notwendig ist, sondern dass die Kommunikation auf einem völlig neuen neuronalen Mechanismus beruht: Im synaptischen Bereich zwischen den Photorezeptoren und den Horizontalzellen fand sich eine neue Gruppe von Kanälen, die in die Membran der Horizontalzellen eingebaut sind. Diese Kanäle gehören zu der großen Familie von Kanälen, die normalerweise von Neuronen für die Bildung von elektrischen Synapsen verwendet werden. An dieser Stelle bilden sie jedoch sogenannte Hemikanäle. Da das Zellinnere von Neuronen negativ gegenüber dem Extrazellulärbereich geladen ist, fließt durch diese Kanäle ein Strom in die Zelle. Ein Spannungsabfall im lokalen Extrazellulärbereich ist die Folge. Da die Kalziumkanäle der Photorezeptoren im Synapsenbereich die Spannungsdifferenz zwischen dem Extrazellulärbereich und dem Inneren der Photorezeptoren messen, registrieren sie eine Änderung und regulieren entsprechend die Freisetzung von Glutamat. Je nach Erregung der Horizontalzellen fließt durch die Hemikanäle mehr oder weniger Strom, die Spannungsdifferenz ändert sich. Damit regelt die Erregung der postsynaptischen Horizontalzellen direkt die Freisetzung des Neurotransmitters durch die präsynaptischen Photorezeptoren. Diese direkte, elektrische oder ephaptische Inhibition kommt somit ohne einen zusätzlichen Neurotransmitter aus.
Da inhibitorische Schaltkreise die häufigsten Schaltkreise des Gehirns darstellen, gehen die Oldenburger und Niederländer Wissenschaftler davon aus, dass der entdeckte neuronale Mechanismus auch in weiteren Schaltkreisen vorkommt und möglicherweise einen neuen Grundtypus von synaptischer Kommunikation darstellt. Laufende Untersuchungen in anderen Labors, ausgelöst durch diese Entdeckung, scheinen in diese Richtung zu weisen.
Eine Störung der Balance zwischen Erregung und Inhibition ist die Ursache vieler neurologischer Erkrankungen von Schlaflosigkeit bis Epilepsie. Die medikamentöse Behandlung beruht weitgehend auf einem Konzept, das auf Interaktionen von chemischen Synapsen aufbaut. Die Einbeziehung der jetzt entdeckten neuen Mechanismen führt hier möglicherweise zu neuen Therapieansätzen.

Kontakt: Prof. Dr. Reto Weiler, Fachbereich Biologie, Tel.: 0441/798-2581, Fax: 0441/798-3423, E-Mail: reto.weiler@uni-oldenburg.de

Gerhard Harms | idw

Weitere Berichte zu: Erregung Freisetzung Glutamat Horizontalzellen Kanal Neuron Photorezeptoren Schaltkreis Synapse

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Zirkuläre RNA wird in Proteine übersetzt
24.03.2017 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

nachricht Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen
24.03.2017 | Universität Bayreuth

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: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise