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 Einblick ins geschlossene Enzym
26.06.2017 | Universität Konstanz

nachricht 'Fix Me Another Marguerite!'
23.06.2017 | Universität Regensburg

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: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Future Security Conference 2017 in Nürnberg - Call for Papers bis 31. Juli

26.06.2017 | Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

„Digital Mobility“– 48 Mio. Euro für die Entwicklung des digitalen Fahrzeuges

26.06.2017 | Förderungen Preise

Fahrerlose Transportfahrzeuge reagieren bald automatisch auf Störungen

26.06.2017 | Verkehr Logistik

Forscher sorgen mit ungewöhnlicher Studie über Edelgase international für Aufmerksamkeit

26.06.2017 | Physik Astronomie