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 Wie sich das Wasser in der Umgebung von gelösten Molekülen verhält
22.05.2017 | Ruhr-Universität Bochum

nachricht Myrte schaltet „Anstandsdame“ in Krebszellen aus
22.05.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

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: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Im Focus: Neuer Ionisationsweg in molekularem Wasserstoff identifiziert

„Wackelndes“ Molekül schüttelt Elektron ab

Wie reagiert molekularer Wasserstoff auf Beschuss mit intensiven ultrakurzen Laserpulsen? Forscher am Heidelberger MPI für Kernphysik haben neben bekannten...

Im Focus: Wafer-thin Magnetic Materials Developed for Future Quantum Technologies

Two-dimensional magnetic structures are regarded as a promising material for new types of data storage, since the magnetic properties of individual molecular building blocks can be investigated and modified. For the first time, researchers have now produced a wafer-thin ferrimagnet, in which molecules with different magnetic centers arrange themselves on a gold surface to form a checkerboard pattern. Scientists at the Swiss Nanoscience Institute at the University of Basel and the Paul Scherrer Institute published their findings in the journal Nature Communications.

Ferrimagnets are composed of two centers which are magnetized at different strengths and point in opposing directions. Two-dimensional, quasi-flat ferrimagnets...

Im Focus: XENON1T: Das empfindlichste „Auge“ für Dunkle Materie

Gemeinsame Meldung des MPI für Kernphysik Heidelberg, der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster

„Das weltbeste Resultat zu Dunkler Materie – und wir stehen erst am Anfang!“ So freuen sich Wissenschaftler der XENON-Kollaboration über die ersten Ergebnisse...

Im Focus: World's thinnest hologram paves path to new 3-D world

Nano-hologram paves way for integration of 3-D holography into everyday electronics

An Australian-Chinese research team has created the world's thinnest hologram, paving the way towards the integration of 3D holography into everyday...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

14. Dortmunder MST-Konferenz zeigt individualisierte Gesundheitslösungen mit Mikro- und Nanotechnik

22.05.2017 | Veranstaltungen

Branchentreff für IT-Entscheider - Rittal Praxistage IT in Stuttgart und München

22.05.2017 | Veranstaltungen

Flugzeugreifen – Ähnlich wie PKW-/LKW-Reifen oder ganz verschieden?

22.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Myrte schaltet „Anstandsdame“ in Krebszellen aus

22.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

22.05.2017 | Physik Astronomie

Wie sich das Wasser in der Umgebung von gelösten Molekülen verhält

22.05.2017 | Biowissenschaften Chemie