Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Zink am Dimmer des Nervensystems

29.11.2006
Max-Planck-Forscher aus Frankfurt ergründen die Rolle von Zink im Gehirn

Depressionen, Aggressivität, Angstzustände - es hat schwerwiegende Folgen, wenn Zink im Gehirn fehlt. Obwohl das seit 50 Jahren bekannt ist, klärten Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Hirnforschung in Frankfurt erst jetzt auf, was Zink genau im Gehirn bewirkt. Demnach tragen Zink-Ionen entscheidend dazu bei, Nervensignale an den Synapsen zu regulieren. Sie sorgen so dafür, dass der Körper Reflexe oder Befehle des Gehirns richtig verarbeitet. Wie körpereigene Metall-Ionen in die Arbeit der Nervenzellen eingreifen, ist bislang weitgehend unerforscht. Die Frankfurter Forscher leisten mit ihren Untersuchungen einen Beitrag, diese Prozesse aufzuklären (Neuron, online: 22. November 2006).


Zink verstärkt die Glyzinrezeptorantwort. Ist Zink an den Rezeptor gebunden, strömen Chlorid-Ionen vermehrt ein (linkes Bild, rechter Ionenkanal). Dies verstärkt die Wirkung von Glyzin innerhalb neuronaler Schaltkreise. Die Mutation der Zinkbindungsstelle am Glyzinrezeptor verhindert, dass Zink den Chlorideinstrom verstärkt (rechtes Bild), und verursacht Symptome ähnlich der menschlichen Schreckerkrankung Hyperekplexie. Bild: Max-Planck-Institut für Hirnforschung

Hirnforscher klären heute die Struktur von Ionenkanälen aus zehntausenden Atomen auf und beschreiben ausgedehnte neuronale Netzwerke. Wie wichtig aber die kleinen Zink-Ionen für die Hirnphysiologie sind, haben die Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Hirnforschung erst jetzt herausgefunden - obwohl seit 50 Jahren bekannt ist, dass sie in bestimmten Hirnregionen stark angereichert sind, und die Pharmaindustrie Zink schon lange in Anti-Alterungspräparaten einsetzt. Nach den Erkenntnissen der Forscher helfen Zink-Ionen, die Erregung von Neuronen zu hemmen, indem sie Glyzin-Rezeptoren an den Synapsen, den Verknüpfungsstellen der Nervenzellen, regulieren.

Um Signale weiterzuleiten, schütten Nervenzellen Botenstoffe (Neurotransmitter) aus, die an Rezeptoren nachgeschalteter Empfängerzellen andocken. Zahlreiche Substanzen regulieren die Aktivität dieser Rezeptoren und dämpfen oder verstärken damit Nervensignale - wie ein Dimmer. Die Frankfurter Forscher untersuchten speziell den Glyzin-Rezeptor, der im Rückenmark und der Netzhaut vorkommt und einen Kanal für Chlorid-Ionen steuert. Um ein Signal zu dämpfen, setzt das Senderneuron den Botenstoff Glyzin an der Synapse frei. Das Glyzin bindet am Glyzin-Rezeptor der Empfängerzelle. Daraufhin öffnet sich der Chlorid-Ionenkanal und erhöht dadurch die Konzentration von Chlorid-Ionen im Empfängerneuron. Dies hemmt dann die Aktivität des Empfängerneurons. So sorgen Glyzin und der Glyzinrezeptor dafür, dass der Körper auf Reflexe oder Befehle des Gehirns nicht überreagiert.

... mehr zu:
»Glyzin »Glyzin-Rezeptor »Rezeptor »Synapse

Schon vor ein paar Jahren hatten die Wissenschaftler entdeckt, dass Zink mit dem Glyzinrezeptor wechselwirkt. Mit Hilfe von Strukturmodellen und Mutationsanalysen konnten die Hirnforscher nun auch die zinkbindende Stelle auf dem Rezeptor lokalisieren. Anschließend erzeugten sie gezielt Punktmutationen in einem Gen des Glyzin-Rezeptors bei Mäusen, so dass die Rezeptoren kein Zink mehr binden. So konnten sie an der lebenden Maus beobachteten, was passiert, wenn Zink nicht in das Geschehen an den hemmenden Synapsen eingreift.

Die Auswirkungen waren beträchtlich. Neben eingeschränkten Reflexen neigten die Mäuse zu Krämpfen und waren erheblich schreckhafter. Diese Symptome treten auch bei der seltenen genetischen Krankheit Hyperekplexie auf, die aufgrund von Mutationen in Glyzinrezeptor-Genen auftritt. Ähnliche Effekte ruft auch das starke Gift Strychnin aus der Brechnuss hervor, welches die Glyzinrezeptoren blockiert. Daraus schlossen die Forscher, dass Zink für die physiologische Funktion von Glyzinrezeptoren essentiell ist. Kann es nicht an Glyzinrezeptoren binden, strömen weniger Chlorid-Ionen durch den Kanal und die hemmende Wirkung des Glyzins wird geschwächt.

Die Diskussion um Zink im Gehirn dauert schon lange an. Die neuen Ergebnisse stehen im Kontrast zu denen anderer Arbeitsgruppen, die vor kurzem das vielfältige Metall zumindest im Gehirn als arbeitsscheuen "Herumstreuner" entlarvt haben wollten. "Die früheren Untersuchungen krankten aber auch an einer breiten Palette schlecht abschätzbarer Nebenwirkungen", sagt Bodo Laube, einer der beteiligten Wissenschaftler, "Wir achteten besonders darauf, die Fehlerquellen vorhergehender Untersuchungen zu vermeiden, und stellten in umfangreichen Tests sicher, dass die Symptome der Mäuse nur auf das fehlende Zink zurückgingen."

Während Neurologen relativ genau wissen, wie Psychopharmaka an unterschiedlichen Rezeptoren wirken, ist noch weit weniger gehend unbekannt, wie und welche körpereigenen Stoffe die Rezeptoraktivität im Gehirnen wie regulieren. Umso bedeutender sind also die neuen Erkenntnisse über die entscheidende Rolle des Zinks in diesem Prozess.

Originalveröffentlichung:

Klaus Hirzel, Ulrike Müller, Tobias Latal, Swen Hülsmann, Joanna Grudzinska, Mathias W. Seeliger, Heinrich Betz, and Bodo Laube
Hyperekplexia Phenotype of Glycine Receptor α1 Subunit Mutant Mice Identifies Zn2+ as an Essential Endogenous Modulator of Glycinergic Neurotransmission

Neuron, online: 22. November 2006

Dr. Andreas Trepte | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: Glyzin Glyzin-Rezeptor Rezeptor Synapse

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Mikro-U-Boote für den Magen
24.01.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht Echoortung - Lernen, den Raum zu hören
24.01.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

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: Scientists spin artificial silk from whey protein

X-ray study throws light on key process for production

A Swedish-German team of researchers has cleared up a key process for the artificial production of silk. With the help of the intense X-rays from DESY's...

Im Focus: Forscher spinnen künstliche Seide aus Kuhmolke

Ein schwedisch-deutsches Forscherteam hat bei DESY einen zentralen Prozess für die künstliche Produktion von Seide entschlüsselt. Mit Hilfe von intensivem Röntgenlicht konnten die Wissenschaftler beobachten, wie sich kleine Proteinstückchen – sogenannte Fibrillen – zu einem Faden verhaken. Dabei zeigte sich, dass die längsten Proteinfibrillen überraschenderweise als Ausgangsmaterial schlechter geeignet sind als Proteinfibrillen minderer Qualität. Das Team um Dr. Christofer Lendel und Dr. Fredrik Lundell von der Königlich-Technischen Hochschule (KTH) Stockholm stellt seine Ergebnisse in den „Proceedings“ der US-Akademie der Wissenschaften vor.

Seide ist ein begehrtes Material mit vielen erstaunlichen Eigenschaften: Sie ist ultraleicht, belastbarer als manches Metall und kann extrem elastisch sein....

Im Focus: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Neuer Algorithmus in der Künstlichen Intelligenz

24.01.2017 | Veranstaltungen

Gehirn und Immunsystem beim Schlaganfall – Neueste Erkenntnisse zur Interaktion zweier Supersysteme

24.01.2017 | Veranstaltungen

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Interview mit Harald Holzer, Geschäftsführer der vitaliberty GmbH

24.01.2017 | Unternehmensmeldung

MAIUS-1 – erste Experimente mit ultrakalten Atomen im All

24.01.2017 | Physik Astronomie

European XFEL: Forscher können erste Vorschläge für Experimente einreichen

24.01.2017 | Physik Astronomie