Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Eine Andockstelle pro Kalziumkanal-Cluster

13.06.2017

In unserem Gehirn wird Information von einem Neuron zum nächsten an einer Struktur namens Synapse übertragen. An einer chemischen Synapse wird ein chemischer Botenstoff vom signalaussendenden Neuron oder präsynaptischen Neuron freigesetzt. Dieser Neurotransmitter durchquert den synaptischen Spalt und bindet an Rezeptoren im Zielneuron oder postsynaptischen Neuron. Eine umfangreiche molekulare Maschinerie ist hier an der Arbeit: Vesikel gefüllt mit Neutransmitter docken an sogenannte „Andockstellen“ in der präsynaptischen aktiven Zone, bevor sie mit der Plasmamembran verschmelzen und ihren Neurotransmitter in die Synapse freisetzen.

Eine Studie, geleitet von Ryuichi Shigemoto, Professor am Institute of Science and Technology Austria (IST Austria), sowie von Alain Marty, Professor an der Université Paris Descartes, zeigte, dass eine einzige Andockstelle einen einzigen Cluster an Kalziumkanälen verwendet, und dass sich die Zahl der Andockstellen und die Zahl der Kalziumcluster parallel mit dem Alter des Gehirns ändern. Dies ist die erste klare Verbindung zwischen der Morphologie und der Funktion von Andockstellen. Die Studie erschien heute in PNAS.


Andockstelle

(c) by Walter Kaufmann and Ryuichi Shigemoto

An einer chemischen Synapse benötigt die Signalübertragung einen aufwendigen Ablauf an Ereignissen. Dieser beginnt, wenn ein elektrisches Signal, das Aktionspotential, das synaptische Terminal im präsynaptischen Neuron erreicht. Das veranlasst das Öffnen spannungsabhängiger Kalziumkanäle. Kalziumionen strömen schnell in das präsynaptische Terminal ein und die Kalziumkonzentration im präsynaptischen Terminal steigt.

Das erlaubt synaptischen Vesikel, gefüllt mit Neurotransmitter, mit der Plasmamembran zu verschmelzen und den Neurotransmitter in den synaptischen Spalt freizusetzen. Geschwindigkeit ist in der Informationsübertragung essentiell. Bevor ein Aktionspotential überhaupt das synaptische Terminal erreicht, reihen sich die Vesikel mit Neurotransmitter bereits in einem fusionsbereiten Zustand an den Andockstellen des präsynaptischen Terminals auf.

Wenn das Aktionspotential das präsynaptische Terminal erreicht, können die Vesikel so schnell mit der Plasmamembran verschmelzen und den Neurotransmitter freisetzen. Funktionell begrenzen die Andockstellen die Stärke der Synapse. Bisher konnte keine klare Verbindung zwischen dem funktionellen Aspekt der Andockstellen und dem morphologischen Aspekt als Stelle, wo Vesikel andocken, im Gehirn von Säugetieren festgestellt werden.

Shigemoto und Kollegen verwendeten hochauflösende Verfahren der Elektronenmikroskopie um das präsynaptische Terminal einer bestimmten Synapse der Maus genau zu betrachten. Sie fanden, dass die Zahl der funktionalen Andockstellen mit der Zahl der Cluster an spannungsabhängigen Kalziumkanälen im präsynaptischen Terminal übereinstimmt. Außerdem ändern sich die Zahl der Andockstellen und die Zahl an Kalziumclustern parallel mit dem Alter des Gehirns und der Größe der Synapse.

Die Forscher zogen eine wichtige Schlussfolgerung, wie Shigemoto erklärt: „Basierend auf unseren Ergebnissen schlagen wir vor, dass es für jede Andockstelle einen entsprechenden Cluster an spannungsabhängigen Kalziumkanälen gibt. Wir schlagen ein Modell vor, bei dem jeder Cluster an Kalziumkanälen von genügend freiem Raum umgeben ist, damit ein synaptisches Vesikel in jeder Richtung verschmelzen kann.“

Ryuichi Shigemoto kam 2013 als Professor an das IST Austria. Er und seine Gruppe untersuchen die Funktion von Ionenkanälen und Neurotransmitterrezeptoren in Neuronen und Gliazellen unter Verwendung von morphologischen, elektrophysiologischen und molekularbiologischen Techniken. Shigemoto erhielt 2016 einen ERC Advanced Grant. Walter Kaufmann, Staff Scientist an der Electron Microscopy Facility des IST Austria, führte einen Teil der Forschung der vorliegenden Studie durch.

Weitere Informationen:

http://www.pnas.org/content/early/2017/06/07/1704470114.full
http://ist.ac.at/fileadmin/user_upload/pictures/Press_pictures/170612_Shigemoto_...

Bernhard Wenzl | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht CHP1-Mutation verursacht zerebelläre Ataxie
23.01.2018 | Uniklinik Köln

nachricht Lebensrettende Mikrobläschen
23.01.2018 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: Optisches Nanoskop ermöglicht Abbildung von Quantenpunkten

Physiker haben eine lichtmikroskopische Technik entwickelt, mit der sich Atome auf der Nanoskala abbilden lassen. Das neue Verfahren ermöglicht insbesondere, Quantenpunkte in einem Halbleiter-Chip bildlich darzustellen. Dies berichten die Wissenschaftler des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel zusammen mit Kollegen der Universität Bochum in «Nature Photonics».

Mikroskope machen Strukturen sichtbar, die dem menschlichen Auge sonst verborgen blieben. Einzelne Moleküle und Atome, die nur Bruchteile eines Nanometers...

Im Focus: Optical Nanoscope Allows Imaging of Quantum Dots

Physicists have developed a technique based on optical microscopy that can be used to create images of atoms on the nanoscale. In particular, the new method allows the imaging of quantum dots in a semiconductor chip. Together with colleagues from the University of Bochum, scientists from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute reported the findings in the journal Nature Photonics.

Microscopes allow us to see structures that are otherwise invisible to the human eye. However, conventional optical microscopes cannot be used to image...

Im Focus: Vollmond-Dreierlei am 31. Januar 2018

Am 31. Januar 2018 fallen zum ersten Mal seit dem 30. Dezember 1982 "Supermond" (ein Vollmond in Erdnähe), "Blutmond" (eine totale Mondfinsternis) und "Blue Moon" (ein zweiter Vollmond im Kalendermonat) zusammen - Beobachter im deutschen Sprachraum verpassen allerdings die sichtbaren Phasen der Mondfinsternis.

Nach den letzten drei Vollmonden am 4. November 2017, 3. Dezember 2017 und 2. Januar 2018 ist auch der bevorstehende Vollmond am 31. Januar 2018 ein...

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

Veranstaltungen

15. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

23.01.2018 | Veranstaltungen

Gemeinsam innovativ werden

23.01.2018 | Veranstaltungen

Leichtbau zu Ende gedacht – Herausforderung Recycling

23.01.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Lebensrettende Mikrobläschen

23.01.2018 | Biowissenschaften Chemie

3D-Druck von Metallen: Neue Legierung ermöglicht Druck von sicheren Stahl-Produkten

23.01.2018 | Maschinenbau

CHP1-Mutation verursacht zerebelläre Ataxie

23.01.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics