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Heidelberger Wissenschaftler identifizieren „Schalter“ für Langzeitgedächtnis

09.07.2013
Heidelberger Wissenschaftler identifizieren „Schalter“ für Langzeitgedächtnis
Anreicherung des Botenstoffs Kalzium in den Zellkernen von Neuronen steuert den Aufbau eines dauerhaften Speichersystems

Einen zellulären „Schalter“ für die Funktion des Langzeitgedächtnisses, der an den Botenstoff Kalzium gebunden ist, haben Neurobiologen der Universität Heidelberg identifiziert. Das Forscherteam um Prof. Dr. Christoph Schuster und Prof. Dr. Hilmar Bading untersucht am Modellorganismus der Taufliege „Drosophila melanogaster“ die Funktionsweise des Gehirns bei Lernprozessen.


Gehirn der Taufliege „Drosophila melanogaster“, dessen Assoziations- und Lernzentren, die sogenannten „mushroom bodies“, grün markiert sind. Eine Untergruppe der markierten Neurone übt eine Schalterfunktion für den Aufbau des Langzeitgedächtnisses in Fliegen aus, indem sie über ein Kern-Kalzium-Signal die Produktion von „Gedächtnisproteinen“ steuert.
Jan-Marek Weislogel, IZN, Universität Heidelberg, und Shamprasad Varija Raghu, Neuroscience Research Partnership, Singapur. Mit Erlaubnis von Science Signaling/AAAS.

Die Wissenschaftler sind dabei der Frage nachgegangen, welche Signale im Gehirn dafür verantwortlich sind, dass sich ein dauerhaftes Speichersystem des Gehirns aufbauen kann und die speziell dafür benötigten Proteine hergestellt werden. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Science Signaling“ veröffentlicht.

Die Wissenschaftler vom Interdisziplinären Zentrum für Neurowissenschaften (IZN) markierten unter anderem die Assoziations- und Lernzentren des Insektengehirns, um dort den Botenstoff Kalzium sichtbar zu machen und dessen mögliche Veränderungen bei Lernprozessen zu untersuchen. Mit ihren Arbeiten an der Taufliege konnten sie zeigen, dass es während des Lernens zu einer vorübergehenden Anreicherung des Botenstoffs Kalzium in den Zellkernen von bestimmten Neuronen kommt.

Dieses Kalziumsignal identifizierten die Forscher als den Auslöser für ein genetisches Programm, das die Produktion der sogenannten „Gedächtnisproteine“ steuert. Wird dieser Kern-Kalzium-Schalter blockiert, können die Fliegen kein Langzeitgedächtnis mehr bilden.

Wie Prof. Schuster erläutert, hat eine getrennte Entwicklung von Insekten und Wirbeltieren vor etwa 600 Millionen Jahren eingesetzt. Trotz der großen evolutionären Distanz sind bestimmte, wahrscheinlich überlebenswichtige Prozesse wie etwa die Ausbildung verschiedener Gedächtnisformen bei Mensch, Maus oder Fliege verblüffend ähnlich, wie sich nach Angaben der Heidelberger Forscher experimentell zeigen lässt. „Diese Gemeinsamkeiten deuten darauf hin, dass der Aufbau des Langzeitgedächtnisses ein uraltes Phänomen darstellt, das bereits bei dem gemeinsamen Vorfahren von Insekten und Wirbeltieren bestanden hat. Es existieren daher bei beiden Spezies vermutlich auch ähnliche zelluläre Mechanismen zur Bildung des Langzeitgedächtnisses, zu denen zum Beispiel der Kern-Kalzium-Schalter gehört“, erklärt Prof. Schuster.

Die Forscher des IZN gehen davon aus, dass ähnliche, auf Kern-Kalzium-Signalen beruhende Schalter auch in anderen Bereichen Anwendung finden – möglicherweise immer dann, wenn sich Organismen langfristig an neue Bedingungen anpassen müssen. „So nutzen zum Beispiel auch das Schmerzgedächtnis oder bestimmte Schutz- und Überlebensfunktionen von Neuronen diesen Kern-Kalzium-Schalter“, sagt Prof. Bading. Möglicherweise ist bei älteren Menschen dieser zelluläre Schalter nicht mehr voll funktionsfähig, was nach den Worten von Prof. Bading eine Erklärung für die im Alter typische Verminderung der Gedächtnisleistung sein könnte. Damit eröffnen die Erkenntnisse der Heidelberger Neurobiologen neue Perspektiven für therapeutische Ansätze zur Behandlung von alters- und auch krankheitsbedingten Veränderungen von Gehirnfunktionen.

Interdisziplinäres Zentrum für Neurowissenschaften:
http://www.izn.uni-heidelberg.de
Arbeitsgruppe Prof. Bading:
http://www.uni-heidelberg.de/izn/researchgroups/bading
Arbeitsgruppe Prof. Schuster:
http://www.uni-heidelberg.de/izn/researchgroups/schuster
Originalveröffentlichung:
Weislogel, J. M., Bengtson, C. P., Müller, M. K., Hörtzsch, J. N., Bujard, M., Schuster, C. M., and Bading, H.: Requirement for Nuclear Calcium Signaling in Drosophila Long-Term Memory. Science Signaling 6 (274), ra33, 07 May 2013, doi: 10.1126/scisignal.2003598
Kontakt:
Prof. Dr. Hilmar Bading / Prof. Dr. Christoph Schuster
Interdisziplinäres Zentrum für Neurowissenschaften
Telefon (06221) 54-8218 / (06221) 54-8300
hilmar.bading@uni-hd.de / schuster@nbio.uni-heidelberg.de
Kommunikation und Marketing
Pressestelle, Telefon (06221) 54-2311
presse@rektorat.uni-heidelberg.de

Marietta Fuhrmann-Koch | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-heidelberg.de

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