Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nervenzellen - Die Logistik des Lernens

20.12.2013
Lernen erfordert einen stetigen Umbau von Nervenzellen. Zwei Studien ermöglichen nun neue Einsichten in die molekularen Mechanismen des Lernens.

Lernen und Erinnern sind nur möglich, weil das Gehirn fortwährend umgebaut wird. Dabei finden an den Verbindungen zweier Nervenzellen – den Synapsen – gezielte Modifikationen statt, durch die sie in ihrer Form, in ihrer Molekülzusammensetzung und in ihrer Funktion verändert werden.

Es stärkt die Verbindung zwischen zwei Nervenzellen, wenn sie häufig genutzt werden. Informationen können dann abgespeichert und abgerufen werden. Allerdings ist auch der umgekehrte Vorgang möglich: Ungenutzte Fähigkeiten können wieder verlernt werden, da die Synapsen dann so umgebaut werden, dass ihre Verbindung schwächer wird beziehungsweise ganz verloren geht.

Wie eine einzelne Synapse beim Lernen verändert wird, ohne dass andere Nervenzellen oder weitere Synapsen der gleichen Zelle beeinflusst werden, ist ein Forschungsschwerpunkt des Biochemikers Michael Kiebler, der den Lehrstuhl für Zellbiologie an der Medizinischen Fakultät der LMU inne hat.

„Inzwischen ist bekannt, dass die Veränderungen an der reiz-empfangenden Seite der Synapse stattfinden, besonders an den sogenannten Dornfortsätzen“, sagt Kiebler, „bestimmte Partikel, sogenannte neuronale RNA Granula, transportieren zu diesem Zweck Boten-RNA (mRNA) dort hin“. Die mRNA trägt die Baupläne für Proteine, die zum Umbau der Synapsen benötigt werden. Kieblers Team entwickelte eine Theorie, nach der die neuronalen Granula unablässig von Synapse zu Synapse wandern und nur dort mRNA freisetzen, wo eine Synapse lernt – so können die benötigten Proteine zielgenau am Einsatzort gebildet werden.

Trotz der Bedeutung dieser Vorgänge waren ihre molekularen Mechanismen bisher größtenteils unbekannt. Eine essentielle Komponente der neuronalen Granula sind mRNA-bindende Moleküle, zu denen unter anderem Staufen2 (Stau2) und Barentsz gehören. Mithilfe spezifischer Antikörper gelang es Kieblers Team nun im Rahmen einer internationalen Kooperation mit Giulio Superti-Furga (CeMM, Wien), neuronale Granula, die entweder Stau2 oder Barentsz enthalten, zu isolieren und näher zu charakterisieren.

Überraschende Vielfalt

Bisher wurde vermutet, dass alle neuronalen RNA Granula eine ähnliche Zusammensetzung aufweisen. Die Ergebnisse der Wissenschaftler legen einen anderen Schluss nahe: Ein Vergleich der beiden untersuchten Granula-Typen zeigte, dass sie sich in zwei Dritteln der beteiligten Proteine unterscheiden. „Dies lässt eine hohe Heterogenität und Dynamik der RNA Granula vermuten“, sagt Kiebler, „in meinen Augen macht das auch Sinn, denn so können die Granula je nach beteiligter mRNA unterschiedliche Funktionen erfüllen“. Zudem konnten die Wissenschaftler nachweisen, dass in den Granula kaum Faktoren vorhanden sind, die eine Übersetzung der mRNA in Proteine fördern - stattdessen fanden sich zahlreiche Moleküle, die diesen Prozess hemmen. Dies legt den Schluss nahe, dass der mRNA-Transport von der anschließenden Protein-Produktion entkoppelt ist.

Parallel untersuchten die Wissenschaftler in einer weiteren Studie, welche konkreten mRNAs die neuronalen Granula enthalten. „Bisher war bei Säugetieren etwa für Stau2-enthaltende Granula in Nervenzellen keine einzige mRNA bekannt – jetzt gelang es unserem Team, zahlreiche spezifische mRNAs zu identifizieren“, betont Kiebler. Weitere Versuche zeigten, dass Stau2 die mRNAs stabilisiert, sodass sie länger als Vorlage für die Proteinproduktion dienen können. Verantwortlich für die Erkennung und Stabilisierung der mRNA durch Stau2 sind spezielle Strukturen der mRNA, sogenannte Staufen-recognized Structures (SRS). „Mit dieser Erkenntnis können wir zum ersten Mal überhaupt einen molekularen Mechanismus der RNA Erkennung vorschlagen“, sagt Kiebler.

Zusammengenommen ermöglichen die beiden Studien ganz neue Einsichten in die molekularen Mechanismen des Lernens und Erinnerns. Diese Erkenntnisse wollen die Wissenschaftler in neuen Studien weiter vertiefen. „Langfristig interessiert uns besonders die Frage, wie eine aktivierte Synapse Einfluss auf die Granula nimmt und die Proteinproduktion molekular anschaltet“, erklärt Kiebler. Schon jetzt wird immer klarer, dass RNA-Bindeproteine auch in Nervenzellen essentielle Rollen spielen. Kommt es dabei zu Defekten, können neurodegenerativen Erkrankungen, aber auch neurologische Fehlfunktionen auftreten. „Offensichtlich müssen nicht nur klassische Krankheiten wie Alzheimer oder Parkinson, an denen immer RNA-Bindeproteine beteiligt sind, sondern auch kognitive Störungen oder „schlechteres“ Lernen im Alter unter diesem Aspekt betrachtet werden“, erläutert Kiebler.
(Cell Reports 2013)
göd
Publikationen:
Interactome of two diverse RNA granules links mRNA localization to translational repression in neurons
Renate Fritzsche, Daniela Karra, Keiryn L. Bennett, Foong yee Ang, Jacki E. Heraud-Farlow, Marco Tolino, Michael Doyle, Karl E. Bauer, Sabine Thomas, Melanie Planyavsky, Eric Arn, Anetta Bakosova, Kerstin Jungwirth, Alexandra Hörmann, Zsofia Palfi, Julia Sandholzer, Martina Schwarz, Paolo Macchi, Jacques Colinge, Giulio Superti-Furga and Michael A. Kiebler

Cell Reports 2013

Staufen2 regulates neuronal target RNAs
Heraud-Farlow, Jacki E.; Sharangdhar, Tejaswini; Li, Xiao, Pfeifer, Philipp; Tauber, Stefanie; Orozco, Denise, Hörmann, Alexandra; Thomas, Sabine,Bakosova, Anetta,; Farlow, Ashley R.; Edbauer, Dieter; Lipshitz, Howard D., Morris, Quaid D.; Bilban, Martin; Doyle, Michael; Kiebler, Michael A.

Cell Reports 2013

Kontakt:
Prof. Dr. Michael Kiebler
Anatomie III - Zellbiologie
Tel: (089) 2180 75 884
michael.kiebler@med.uni-muenchen.de

Luise Dirscherl | idw
Weitere Informationen:
http://www.med.uni-muenchen.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Bakterien aus dem Blut «ziehen»
07.12.2016 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

nachricht HIV: Spur führt ins Recycling-System der Zelle
07.12.2016 | Forschungszentrum Jülich

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: 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...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Das Universum enthält weniger Materie als gedacht

07.12.2016 | Physik Astronomie

Partnerschaft auf Abstand: tiefgekühlte Helium-Moleküle

07.12.2016 | Physik Astronomie

Bakterien aus dem Blut «ziehen»

07.12.2016 | Biowissenschaften Chemie