Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Einblick in die elektrische Signalübertragung in Nervenzellen

06.11.2008
Neurotransmitter-Rezeptoren bilden eine grosse Familie von Ionenkanälen, die die elektrische Aktivität in Nerven- und Muskelzellen steuern. Damit die Ionenkanäle funktionieren, müssen sie kontrolliert geöffnet und geschlossen werden können.

Forscher der Universität Zürich haben jetzt die erste detaillierte Struktur eines Neurotransmitter-Rezeptors im geöffneten Zustand entschlüsselt. Zusammen mit der vor kurzem bestimmten Struktur eines geschlossenen Kanals erlaubt die Arbeit den ersten detaillierten Einblick in einen grundlegenden Mechanismus der elektrischen Signalübertragung. Die Studie von Prof. Raimund Dutzler erscheint in der Online-Ausgabe des Wissenschaftsmagazins "Nature".

Ionenkanäle sind die elektrischen Schalter unserer Zellen. Sie ermöglichen den kontrollierten Fluss von geladenen Ionen durch die Zellmembran. Dieser Vorgang bildet die Grundlage für alle elektrisch gesteuerten Prozesse von der Nervenreizleitung bis zur Muskelbewegung. Um diese komplexen Prozesse zu ermöglichen, muss der Ionenfluss gesteuert werden. Deshalb können Ionenkanäle durch Signale kontrolliert geöffnet und geschlossen werden. Verschiedene Neurotransmitter-Rezeptoren in den Synapsen der Nervenzellen sind Teil einer Proteinfamilie von ligandenabhängigen Ionenkanälen.

In Abwesenheit des Neurotransmitters sind diese Kanäle geschlossen und versperren den Ionen den Weg durch die Membran. Werden jedoch bestimmte Neurotransmitter freigesetzt, binden diese an den Rezeptor, worauf sich der Kanal öffnet und bestimmten Ionen erlaubt, durch die Membran zu fliessen. Der Proteinfamilie gehören unter anderem Acetylcholin- und GABA-Rezeptoren an, deren Fehlfunktion zu schweren Nerven- und Muskelkrankheiten führt und die wichtige Angriffspunkte für Medikamente sind.

"Um die Funktionsweise dieser Neurotransmitter-Rezeptoren zu verstehen, müssen wir ihre dreidimensionalen Strukturen im geschlossenen sowie im offenen Zustand kennen", erklärt Prof. Raimund Dutzler. Vor acht Monaten stellte er und seine Arbeitsgruppe am Biochemischen Institut der Universität Zürich die erste detaillierte Struktur eines geschlossenen Rezeptors vor. Obwohl diese Struktur den Bauplan dieser Proteinfamilie zeigte, war es unmöglich, anhand einer Struktur auf den Mechanismus des Öffnens und des selektiven Ionenflusses zu schliessen. Nun ist es der Gruppe gelungen, die Struktur eines verwandten Ionenkanals im offenen Zustand mithilfe der Röntgenstrukturanalyse aufzuklären.

Wie bei der vorhergehenden Studie haben sich die Wissenschaftler naher bakterieller Verwandter von Neurotransmitter-Rezeptoren bedient. "Die beiden Strukturen stammen zwar von verschiedenen Kanälen, die Proteine sind aber ähnlich genug, um die strukturelle Veränderung beim Öffnen der Pore nachvollziehen zu können", erklärt Prof. Dutzler. Die Strukturen und Funktionsmechanismen innerhalb einer Proteinfamilie sind dabei so konserviert, dass von den Strukturen dieser bakteriellen Proteine auch auf ihre humanen Verwandten geschlossen werden kann.

"Das Ergebnis der Untersuchung ist unerwartet", so Dutzler. "Es zeigt einen Öffnungsmechanismus, der dem traditionellen Bild dieses Prozesses widerspricht." Beim Öffnen bewegen sich die Teile des Proteins, die den Kanal bilden, als starre Einheit. Da das Protein aus fünf gleichen Untereinheiten besteht, die die gleichen Bewegungen ausführen, öffnet sich der Kanal ähnlich einer aufblühenden Knospe. Die Bewegungen sind dabei viel grösser als erwartet, jedoch steht die Struktur im Einklang mit den Ergebnissen jahrzehntelanger experimenteller Forschung.

Laut Prof. Dutzler erlauben die beiden Strukturen Einblick in einen Mechanismus, der nun von neuen Experimenten bestätigt werden muss. Er ist überzeugt, dass die gewonnen Erkenntnisse Eingang in die Lehrbücher finden und für die Entwicklung neuer Medikamente von Neurotransmitter-Rezeptoren von grosser Bedeutung sein werden.

Ricarda J. C. Hilf & Raimund Dutzler, Structure of a potentially open state of a proton-activated pentameric ligand-gated ion channel, Nature, doi:10.1038/nature07461

Kontakt:

Prof. Raimund Dutzler, Biochemisches Institut, Universität Zürich
Tel. +41 44 635 65 50
E-Mail: dutzler@bioc.uzh.ch

Beat Müller | idw
Weitere Informationen:
http://www.uzh.ch/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Das Rezept für ein motorisches Neuron
09.12.2016 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

nachricht "Wächter des Genoms": Forscher aus Halle liefern neue Einblicke in die Struktur des Proteins p53
09.12.2016 | Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

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: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Einzelne Proteine bei der Arbeit beobachten

08.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Intelligente Filter für innovative Leichtbaukonstruktionen

08.12.2016 | Messenachrichten

Seminar: Ströme und Spannungen bedarfsgerecht schalten!

08.12.2016 | Seminare Workshops