Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Funktion der dendritischen Architektur von Nervenzellen beleuchtet

23.01.2015

Dendriten von Motorneuronen der Taufliege sind für grundlegende Funktionen entbehrlich, jedoch für die Feinkontrolle von Verhalten notwendig.

Dendriten sind Verästelungen von Nervenzellen, die Eingangssynapsen tragen. Schätzungsweise 100 Milliarden Neurone im menschlichen Gehirn bilden etwa 100 Billionen Synapsen an ungefähr 150.000 km Dendritenkabel. Eine zentrale Frage der neurobiologischen Grundlagenforschung ist, weshalb Nervenzellen derart viele Dendriten aufweisen.


(A) Beispiel der Struktur eines von insgesamt fünf Flügel-Senker-Motorneuronen der Taufliege Drosophila. (B) Verlust der Dendriten nach selektiver genetischer Manipulation dieser Motorneurone. (C) Das Tier kann auch mit drastischen dendritischen Defekten der Flügel-Senker-Motorneurone noch fliegen, aber Dendriten sind entscheidend für die Feinkontrolle motorischen Verhaltens.

Abb.: Abteilung Neurobiologie, JGU

Die gängigen Hypothesen reichen von der Bereitstellung einer ausreichend großen Oberfläche für synaptischen Eingang bis zur Ausbildung hochspezifischer Kompartimentierungen für die molekulare Signalgebung und neuronale Informationsverarbeitung. Strukturdefekte von Dendriten werden mit verschiedenen Gehirnerkrankungen in Verbindung gebracht wie etwa autistischen Störungen, Alzheimer-Demenz oder Schizophrenie. „Allerdings wissen wir oft nicht, ob strukturelle Defekte an Dendriten die Ursache oder die Folge von geschädigten Gehirnfunktionen sind“, erklärt Univ.-Prof. Dr. Carsten Duch.

In seiner Arbeitsgruppe an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) werden dendritische Strukturen und Funktionen anhand eines Modellorganismus, der Taufliege Drosophila, erforscht. Die experimentelle Herausforderung bei der Analyse der Rolle von Dendriten ist, diese selektiv an einigen identifizierten Nervenzellen mit bekannter Funktion zu manipulieren, ohne andere Eigenschaften dieser Nervenzellen oder andere Nervenzellen zu beeinträchtigen, um dann die resultierenden Funktionsverluste zu analysieren. Genau das haben Biologen in ihrer jüngsten Studie an Motorneuronen von Drosophila mit genetischen Tricks durchgeführt.

„Wir haben zu unserer Überraschung entdeckt, dass diese Motorneuron-Dendriten für die synaptische Ansteuerung, normale Aktivitätsmuster der Motorneurone im Verhalten und grundlegende Verhaltensleistungen entbehrlich sind“, teilen die beiden Erstautoren der Studie, Dr. Stefanie Ryglewski und Dr. Dimitrios Kadas, mit. Sorgfältige physiologische Studien und Verhaltensexperimente haben dann aber gezeigt, dass das Entfernen der Dendriten die funktionelle Feinkontrolle dieser Motorneurone beeinträchtigt. Das wiederum führt zu beträchtlichen Leistungseinbußen bei anspruchsvollem motorischen Verhalten wie etwa bei der Kontrolle der Flughöhe und dem Wechsel zwischen Gesangselementen beim Balzverhalten.

Die Wissenschaftler um Carsten Duch vom Institut für Zoologie haben damit zum ersten Mal einen direkten Hinweis gefunden, dass die dendritische Architektur notwendig ist, um evolutionär festgelegte Verhaltensabläufe, die für den Paarungserfolg und das Überleben zentral sind, zu steuern. Damit liefert die Studie einen Erklärungsansatz, weshalb ein positiver Selektionsdruck auf einer hochkomplexen neuronalen Struktur liegt. Weiterhin nimmt das Ausmaß der Funktionseinbußen von Drosophila-Motorneuronen mit dem Umfang der Schädigung der Dendriten zu. Eine solche Korrelation des Grades der dendritischen Defekte mit dem Ausmaß der neuronalen Störung findet man auch während fortschreitender struktureller Schädigungen bei progressiven neurologischen Erkrankungen.

Veröffentlichung:
Stefanie Ryglewski, Dimitrios Kadas et al.
Dendrites are dispensable for basic motoneuron function but essential for fine tuning of behavior
PNAS, 1. Dezember 2014
DOI: 10.1073/pnas.1416247111

Weitere Informationen:
Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Carsten Duch
Abteilung Neurobiologie
Institut für Zoologie
Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU)
55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-23419
Fax +49 6131 39-25443
E-Mail: cduch@uni-mainz.de
http://www.bio.uni-mainz.de/zoo/760_DEU_HTML.php

Weitere Links:
http://www.pnas.org/content/early/2014/11/26/1416247111.short?rss=1 (Abstract)

Petra Giegerich | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Software mit Grips
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Hirnforschung, Frankfurt am Main

nachricht Einen Schritt näher an die Wirklichkeit
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie

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: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Im Focus: Spider silk key to new bone-fixing composite

University of Connecticut researchers have created a biodegradable composite made of silk fibers that can be used to repair broken load-bearing bones without the complications sometimes presented by other materials.

Repairing major load-bearing bones such as those in the leg can be a long and uncomfortable process.

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

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

Grösster Elektrolaster der Welt nimmt Arbeit auf

20.04.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala

20.04.2018 | Physik Astronomie

Kieler Forschende entschlüsseln neuen Baustein in der Entwicklung des globalen Klimas

20.04.2018 | Geowissenschaften

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