Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Erleuchtetes Gehirn

06.07.2001


Wissenschaftlern am Heidelberger Max-Planck-Institut für medizinische Forschung gelingt direkte Beobachtung und Regulierung neuronaler Verschaltungen zwischen Gehirnzellen

Eine Wissenschaftlergruppe um Rolf Sprengel und Volker Mack am Max-Planck-Institut für medizinische Forschung in Heidelberg ist es gelungen, die synaptische Plastizität von Gehirnzellen im Hippocampus von Mäusen sichtbar zu machen und durch die Gabe von Antibiotika zu regulieren (Science, 29. Juni 2001). Dieser experimentelle Ansatz eröffnet neue Möglichkeiten, um die Kluft zwischen der Kenntnis molekularer Vorgänge in einzelnen Nervenzellen und dem Verständnis von Lern- und Gedächtnisleistungen des ganzen Gehirns zu überbrücken.

Die moderne Neurobiologie fragt heute nach den molekularen und zellulären Mechanismen, die unserem Gehirn seine so genannte Plastizität (griech.: plastokos = zum Formen geeignet) geben und es so anpassungsfähig machen. Diese Mechanismen bestimmen - entwicklungsabhängig - die Verknüpfung der Nervenzellen zu spezialisierten neuronalen Netzen, wie dem sensorischen oder dem visuellen System. Sie sind die Grundlage von Lern- und Gedächtnisvorgängen im Gehirn. Sie ermöglichen es, motorische, sensorische oder kognitive Störungen, wie sie zum Beispiel nach einem Schlaganfall eintreten, zu korrigieren.

Diese plastischen Veränderungen finden vorrangig an Synapsen statt, den Schaltstellen für die Kommunikation zwischen Nervenzellen. Eine Nervenzelle kann bis zu 50.000 derartige Strukturen ausbilden. Jede Synapse hat eine präsynaptische Komponente, vergleichbar einem Sender, und eine postsynaptische Struktur, ein Empfangsstation. Informationen werden von einer Nervenzelle zur anderen über die Ausschüttung von chemischen Botenstoffen (Neurotransmittern) weitergegeben. Diese Signalübertragung ist in vielen Nervenverknüpfungen (Synapsen) nicht statisch, sondern kann - abhängig von ihrem Gebrauch - optimiert werden, was man dann als ‚synaptische Plastizität’ bezeichnet. So kann die chemische Neurotransmission entweder dadurch verbessert werden, dass die sendende Nervenzelle eine größere Menge Botenstoff ausschüttet, oder durch eine größere Zahl von Empfängerstrukturen (Rezeptorkanäle) auf der nachgeschalteten Nervenzelle. Bei den molekularen Mechanismen, die der Erinnerung und dem Lernen zugrunde liegen, spielen durch Glutamat gesteuerte Ionenkanäle eine zentrale Rolle.

Den Wissenschaftlern aus dem Max-Planck-Institut für medizinische Forschung in Heidelberg ist es nun gelungen, in Mäusen einen wichtigen Glutamat-gesteuerten Ionenkanal gegen seine grünfluoreszierende Variante auszutauschen. Die Wissenschaftler stellten fest, dass der Ionenkanal auch mit dem eingebauten grünfluoreszierenden Protein (GFP) im zentralen Nervensystem der Mäuse einwandfrei arbeitete. Darüber hinaus fanden die Heidelberger Wissenschaftler einen einfachen Weg, um die Funktion dieses Ionenkanals zu regulieren - über die Zugabe des Antibiotikums Doxyzyclin im Trinkwasser (s. Abbildung, S. 3).

Damit haben die Heidelberger Wissenschaftler zwei wichtige Ergebnisse erreicht: Durch den Einbau des grünfluoreszierenden Proteins in den Ionenkanal können jetzt Lokalisierung, Funktion und die Interaktionen dieser Kanäle direkt beobachtet werden. Mit der Zugabe des Antibiotikums zum Trinkwasser haben sie zudem einen Weg gefunden, um eine der wichtigsten Eigenschaften neuronaler Verschaltungen im Hippocampus, die aktivitätsabhängige Optimierung der Reizweitergabe, regulieren zu können.

Mit vergleichenden Untersuchungen von Mäusen, die mit oder ohne das Antibiotikum Doxyzyclin aufgewachsen sind, wollen die Wissenschaftler in der nächsten Zeit herausfinden, bei welchen Lernvorgängen diese Form der synaptischen Plastizität in den verschiedenen Bereichen des Hippocampus eine Rolle spielt (vgl. dazu auch die Presse-Information PRI B3/99 (24) "Diskussion über Lernvorgänge im Gehirn wieder offen").

In Nervenzellen des Vorderhirns einer Maus wird die Bildung des fluoreszierenden Glutamat-Rezeptorproteins (GFP-GluR-A) durch einen Transkriptionsfaktor (tTA) ausgelöst (A). Das Rezeptorprotein lagert sich mit anderen Untereinheiten zusammen (B) und bildet einen Glutamatrezeptorkanal (AMPA-Typ) in der Membran der Nervenzellen (C). Der durch das grünfluoreszierende Protein markierte Rezeptorkanal (D) befindet sich in den Synapsen neben anderen Glutamatrezeptoren (NMDA-Typ).

Der Hippocampus der Mäuse erscheint nach Bestrahlung mit blauem Licht grün (E). Dank der fluoreszierenden Grünfärbung sind im Schnittpräparat Zellkörper und Zellfortsätze (Dendritenbäume) gut zu erkennen (F). Bei hoher Auflösung (G) sind sogar die Spitzen der Dornfortsätze (Synapsen) und der Schaft eines Dendriten (H) zu sehen.


Abbildung: Max-Planck-Institut für medizinische Forschung / Sprengel

Dr. Rolf Sprengel | Referat für Presse- und Öffentli
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/index.html

Weitere Berichte zu: Antibiotikum Hippocampus Ionenkanal Mäuse Nervenzelle Synapse

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pflanzen gegen Staunässe schützen
17.10.2017 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Erweiterung des Lichtwegs macht winzige Strukturen in Körperzellen sichtbar
17.10.2017 | Georg-August-Universität Göttingen

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: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Im Focus: Breaking: the first light from two neutron stars merging

Seven new papers describe the first-ever detection of light from a gravitational wave source. The event, caused by two neutron stars colliding and merging together, was dubbed GW170817 because it sent ripples through space-time that reached Earth on 2017 August 17. Around the world, hundreds of excited astronomers mobilized quickly and were able to observe the event using numerous telescopes, providing a wealth of new data.

Previous detections of gravitational waves have all involved the merger of two black holes, a feat that won the 2017 Nobel Prize in Physics earlier this month....

Im Focus: Topologische Isolatoren: Neuer Phasenübergang entdeckt

Physiker des HZB haben an BESSY II Materialien untersucht, die zu den topologischen Isolatoren gehören. Dabei entdeckten sie einen neuen Phasenübergang zwischen zwei unterschiedlichen topologischen Phasen. Eine dieser Phasen ist ferroelektrisch: das bedeutet, dass sich im Material spontan eine elektrische Polarisation ausbildet, die sich durch ein äußeres elektrisches Feld umschalten lässt. Dieses Ergebnis könnte neue Anwendungen wie das Schalten zwischen unterschiedlichen Leitfähigkeiten ermöglichen.

Topologische Isolatoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie an ihren Oberflächen Strom sehr gut leiten, während sie im Innern Isolatoren sind. Zu dieser neuen...

Im Focus: Smarte Sensoren für effiziente Prozesse

Materialfehler im Endprodukt können in vielen Industriebereichen zu frühzeitigem Versagen führen und den sicheren Gebrauch der Erzeugnisse massiv beeinträchtigen. Eine Schlüsselrolle im Rahmen der Qualitätssicherung kommt daher intelligenten, zerstörungsfreien Sensorsystemen zu, die es erlauben, Bauteile schnell und kostengünstig zu prüfen, ohne das Material selbst zu beschädigen oder die Oberfläche zu verändern. Experten des Fraunhofer IZFP in Saarbrücken präsentieren vom 7. bis 10. November 2017 auf der Blechexpo in Stuttgart zwei Exponate, die eine schnelle, zuverlässige und automatisierte Materialcharakterisierung und Fehlerbestimmung ermöglichen (Halle 5, Stand 5306).

Bei Verwendung zeitaufwändiger zerstörender Prüfverfahren zieht die Qualitätsprüfung durch die Beschädigung oder Zerstörung der Produkte enorme Kosten nach...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

Intelligente Messmethoden für die Bauwerkssicherheit: Fachtagung „Messen im Bauwesen“ am 14.11.2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

Meeresbiologe Mark E. Hay zu Gast bei den "Noblen Gesprächen" am Beutenberg Campus in Jena

16.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

17.10.2017 | Informationstechnologie

Pflanzen gegen Staunässe schützen

17.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Den Trends der Umweltbranche auf der Spur

17.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz