Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Evolution bringt Doppelgänger-Enzym hervor

19.12.2008
RUB-Forscher berichten in PNAS

Ähnlichkeiten chemischer und elektrischer Nervenzell-Kommunikation

Die Kommunikation zwischen Nervenzellen kann chemisch durch Botenstoffe oder durch elektrische Impulse passieren. Forscher der Ruhr-Universität um Prof. Dr. Rolf Dermietzel haben jetzt gemeinsam mit Kollegen aus Bonn und New York herausgefunden, dass in beiden Fällen das gleiche Schlüsselenzym beteiligt ist. "Die funktionelle Ähnlichkeit bei der Nutzung dieses Enzyms ist so verblüffend groß, dass von einer konvergenten Evolution gesprochen werden kann, was nichts anderes bedeutet, als dass sich zwei Personen außerordentlich ähnlich sein können, ohne miteinander verwandt zu sein", erklärt Prof. Dermietzel.

Die Studie ist in der aktuellen Ausgabe der Proceedings of the National Academy of Science (USA) erschienen.

Zwei Synapsentypen benutzen den gleichen Schlüssel

Nervenzellen reden miteinander. Dies geschieht an ihren Kontaktstellen, den Synapsen, von denen es zwei in ihrem Aufbau fundamental unterschiedliche Typen gibt: die chemischen Synapsen, die Botenstoffe in Form von Neurotransmittern benutzen, und die elektrischen Synapsen, die eine Art Kanalsystem zwischen Nervenzellen bilden und eine direkte Übertragung von elektrischen Impulsen ermöglichen. Fast sämtliche höhere Hirnfunktionen wie Lernen, Gedächtnisspeicherung und Steuerung von Gefühlen wurde auf die Fähigkeit von chemischen Synapsen zurückgeführt, auf eine Ansprache (Nervenreiz) so zu reagieren, dass Erinnerungsspuren gebildet oder vorhandene abgerufen werden können. Hierbei spielt ein Schlüsselenzym eine entscheidende Rolle, das die Fähigkeit besitzt, auf einen kurzen Reiz mit einer langanhaltenden Änderung seiner Aktivität zu reagieren. Bisher wurde dieses Enzym fast ausschließlich an chemischen Synapsen gefunden. Einem internationalen Team von Neurowissenschaftlern und Molekularbiologen aus Bochum um Prof. Dr. Rolf Dermietzel, Bonn um Prof. Dr. Klaus Willecke sowie aus New York um Prof. Dr. David Spray gelang es nun zu zeigen, dass beide Synapsentypen das gleiche Schlüsselenzym benutzen.

Molekularer Schalter für die Gedächtnisbildung

Ein wesentliches Merkmal, das chemische Synapsen für die Ausbildung von Gedächtnisspuren nutzen, ist die synaptische Plastizität. "Hierunter verstehen wir die Fähigkeit der Synapsen, in Abhängigkeit der Stärke und Dauer eines Nervenreizes mit einer langanhaltenden Veränderung ihrer Aktivität zu reagieren, was dazu führen kann, dass sich das Muster neuronaler Verschaltungen ändert", erklärt Prof. Dermietzel. Einer der wichtigsten Botenstoffe, der bei der synaptischen Plastizität eine Rolle spielt, ist der Botenstoff Glutamat, eine kleine Aminosäure. Sie reagiert an der chemischen Synapse mit Rezeptoren, die bei Aktivierung für unterschiedliche geladene Teilchen (Ionen) durchlässig werden. Calcium ist eines der wichtigsten Ionen, das bei Aktivierung eines bestimmten Glutamatrezeptors (NMDA-Rezeptor) in die Nervenzelle einströmt und das Schlüsselenzym CaMKII aktiviert.

Hoffnung auf neue Erkenntnisse zu Epilepsie und Schlaganfall

Die Forscher entdecken nun eine überraschende molekulare Ähnlichkeit des elektrischen Synapsenproteins (Cx36) mit einer Untereinheit des für die Gedächtnisbildung entscheidenden NMDA-Rezeptors. Obwohl beide Moleküle im Aufbau vollkommen unterschiedlich sind, haben sich offenbar im Laufe der Evolution identische Bindungsstellen für das Schlüsselenzym heraus kristallisiert, die es beiden Synapsentypen erlauben diesen molekularen Schalter für Gedächtnisbildung gemeinsam zu nutzen. "Eine Entdeckung, die für uns alle vollkommen unterwartet kam, und die zeigt, wie effizient die Evolution mit ihren Ressourcen umgeht", sagt Prof. Dermietzel. "Wir erwarten von dieser Entdeckung einen Quantensprung in der weiteren Erforschung der Funktion von elektrischen Synapsen, die jahrelang eine Art Aschenputteldasein im Forschungskanon der Neurowissenschaften geführt haben." Es sei nicht auszuschließen, dass sich hierdurch auch neue Erkenntnisse im Bereich neurologischer Erkrankungen wie Epilepsie und Schlaganfall ergeben, bei denen eine Beteiligung von elektrischen Synapsen diskutiert wird.

Titelaufnahme

Cantas Alev, Stephanie Urschel, Stephan Sonntag, Georg Zoidl, Alfredo G. Fort, Thorsten Höher, Mamoru Matsubara, Klaus Willecke, David C. Spray, Rolf Dermietzel: The neuronal gap junction protein Cx36 interacts with and is phosphorylated by CaMKII in a way similar to CaMKII interaction with glutamate receptors. Proc. Natl. Acad. Sci. (USA), 15. December 2008. doi:10.1073/pnas.0805408105

Weitere Informationen

Prof. Dr. Rolf Dermietzel, Medizinische Fakultät der Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-25002, E-Mail: rolf.dermietzel@rub.de

Redaktion: Meike Drießen

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Einzelne Proteine bei der Arbeit beobachten
08.12.2016 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Herz-Bindegewebe unter Strom
08.12.2016 | Universitäts-Herzzentrum Freiburg - Bad Krozingen

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