Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neuer Wegweiser für wandernde Nervenzellen entdeckt

15.06.2011
Forscher finden ganz neue Funktionen einer Proteinfamilie

Die Großhirnrinde ist ein Netzwerk aus mehreren Milliarden Nervenzellen. Hier werden Bewegungen und Sinneseindrücke verarbeitet und gesteuert, ebenso wie Funktionen der Sprache und des logischen Denkens.


Streifenwachstum in der Zellkultur: Treffen die Unc5-Rezeptoren auswachsender Nervenzellen auf FLRT-Proteine (in den blauen Bereichen), so zieht sich der entsprechende Zellfortsatz zurück und wächst in einem FLRT-freien Bereich weiter. © Max-Planck-Institut für Neurobiologie / Hampel

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie in Martinsried konnten nun mit einem internationalen Team einen wichtigen Mechanismus zur Entwicklung dieser komplexen Struktur aufklären. Die sogenannten FLRT-Proteine sitzen auf der Oberfläche von Zellen und steuern die Festigkeit von embryonalem Gewebe, beispielsweise bei der Herzentwicklung. Nun fanden die Wissenschaftler in Mäusen noch eine zweite, bis dato unbekannte Funktion der FLRT-Proteine: Ein Teil des Proteins kann sich abtrennen und als Bindungspartner an einen Rezeptor auf einer Nervenzelle binden. Junge, wandernde Nervenzellen der Großhirnrinde werden durch diese FLRT-Proteine abgestoßen und so gelenkt. Eine wichtige Erkenntnis, um den Aufbau dieser zentralen Gehirnstruktur zu verstehen.

Menschen wie Mozart, Einstein oder van Gogh verdanken ihre außergewöhnlichen Fähigkeiten ihrer Großhirnrinde. Dank der Nervenzellen in diesem Bereich können auch wir "Normalsterbliche" lernen, sprechen, Sinneseindrücke verarbeiten und logisch denken. Damit diese Prozesse optimal funktionieren, müssen sich die Nervenzellen mit ihren entsprechenden Partnerzellen verbinden. Keine leichte Aufgabe, denn in der frühen Gehirnentwicklung herrscht in der Großhirnrinde Hochbetrieb: Junge Nervenzellen strömen in den entstehenden Hirnbereich, wo sie entweder direkt zu ihrem Zielort wandern, oder erst eine Zeit geduldig warten, bis sie ihren Weg fortsetzen. Nach und nach entsteht so eine typische Schichtstruktur aus Zellkörpern. Einmal an ihrem Platz angekommen, schicken die Zellen ihre Fortsätze aus, die zum Teil mit Nachbarzellen und zum Teil mit Zellen aus anderen Schichten Kontakte knüpfen. Woher wissen die Zellen in diesem Getümmel aus Milliarden von wandernden Zellen und auswachsenden Zellfortsätzen, in welche Schicht sie wandern und wohin sie ihre Fortsätze schicken müssen?

Proteine als Wachstumslotsen
Mittlerweile sind einige Proteine auf der Oberfläche auswachsender Nervenfortsätze bekannt, die bei der Orientierung helfen. Die Wissenschaftler des Martinsrieder Max-Planck-Instituts für Neurobiologie arbeiten beispielsweise seit einigen Jahren erfolgreich an sogenannten Ephrinen, die Nervenzellfortsätze durch Abstoßung lenken. Bei einer anderen Gruppe, den FLRT-Proteinen, handelt es sich um Oberflächenrezeptoren, die jedoch die Fortsätze anderer Zellen anziehen und so einen Zellverband zusammenhalten. Frühere Arbeiten der Martinsrieder Wissenschaftler hatten gezeigt, dass beim Verlust eines von drei FLRT-Proteinen embryonales Gewebe auseinanderbricht und sich die Zellen zu einem ganz anderen Zelltyp weiterentwickeln. Nun haben die Wissenschaftler mit einem internationalen Kollegenteam gezeigt, dass die FLRT-Proteine noch eine zweite Funktion haben: Sie helfen Nervenzellen während der Gehirnentwicklung bei der Orientierung.

Die Neurobiologen konnten zeigen, dass sich ein Teil des FLRT-Rezeptors abspalten, und an sogenannte Unc5-Rezeptoren auf anderen Nervenzellen binden kann. Das Ergebnis dieser Bindung ist dramatisch: Die Wachstumsspitze des Axons kollabiert, es zieht sich zurück und bleibt stehen oder wächst in eine andere Richtung weiter. Zusätzlich zu der bereits bekannten, anziehenden Funktion der FLRT-Proteine, kann der abgespaltene Teil des Proteins somit auch ein abstoßendes Signal für Nervenzellen sein. "Es ist ungewöhnlich und hat uns daher überrascht, dass ein Rezeptor, oder ein Teil von ihm, selbst zum Bindungspartner eines anderen Rezeptors wird", sagt Rüdiger Klein, der Leiter der Studie. "Je komplexer ein Lebewesen wird, desto mehr Funktionen müssen anscheinend seine einzelnen Komponenten übernehmen."

Leitsystem in der Großhirnrinde
Wie wichtig die neu entdeckte Interaktion von FLRT und Unc5 für die Entwicklung der Großhirnrinde ist, konnten die Wissenschaftler bereits belegen. Sie zeigten, dass junge Nervenzellen ohne Unc5-Rezeptoren die erste Schicht der sich bildenden Großhirnrinde, bestehend aus Nervenzellen mit FLRT-Proteinen, ohne Probleme passieren. Andere Nervenzellen mit Unc5-Rezeptoren kommen an dieser Schicht dagegen nicht so schnell vorbei. Diese Zellen müssen warten, bis sich ihre Rezeptoren zurückgebildet haben. Während dieser Zeit haben die ursprünglich Unc5-freien Zellen ihre Position in der Großhirnrinde erreicht und sich in einer neuen Schicht etabliert. Wenn die Zellen mit den rückgebildeten Unc5-Rezeptoren nun in die Großhirnrinde einwandern, müssen sie wahrscheinlich mit den Unc5-freien Zellen interagieren, bevor sie sich niederlassen und ihre Rezeptoren wieder aufbauen können. So trägt das Zusammenspiel von FLRT und Unc5 zur korrekten Schichtentwicklung der Großhirnrinde bei. "Eine wichtige Erkenntnis, die uns langfristig auch bei Fehlentwicklungen in diesem Bereich und anderen Gehirnstrukturen weiterhelfen könnte", so Rüdiger Klein.
Ansprechpartner
Dr. Stefanie Merker
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Martinsried
Telefon: +49 89 8578-3514
E-Mail: merker@neuro.mpg.de
Originalpublikation
Satoru Yamagishi*, Falko Hampel*, Katsuhiko Hata, Daniel del Toro, Manuela Schwark, Elena Kvachnina, Martin Bastmeyer, Toshihide Yamashita, Victor Tarabykin, Rüdiger Klein, Joaquim Egea
FLRT2 and FLRT3 act as repulsive guidance cues for Unc5-positive neurons
EMBO Journal, Online Veröffentlichung, 14. Juni 2011

Dr. Stefanie Merker | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/4344660/wegweiser_nervenzellen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Kieselalge in der Antarktis liest je nach Umweltbedingungen verschiedene Varianten seiner Gene ab
17.01.2017 | Stiftung Zoologisches Forschungsmuseum Alexander Koenig, Leibniz-Institut für Biodiversität der Tiere

nachricht Proteinforschung: Der Computer als Mikroskop
16.01.2017 | Ruhr-Universität Bochum

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: Interfacial Superconductivity: Magnetic and superconducting order revealed simultaneously

Researchers from the University of Hamburg in Germany, in collaboration with colleagues from the University of Aarhus in Denmark, have synthesized a new superconducting material by growing a few layers of an antiferromagnetic transition-metal chalcogenide on a bismuth-based topological insulator, both being non-superconducting materials.

While superconductivity and magnetism are generally believed to be mutually exclusive, surprisingly, in this new material, superconducting correlations...

Im Focus: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Im Focus: Studying fundamental particles in materials

Laser-driving of semimetals allows creating novel quasiparticle states within condensed matter systems and switching between different states on ultrafast time scales

Studying properties of fundamental particles in condensed matter systems is a promising approach to quantum field theory. Quasiparticles offer the opportunity...

Im Focus: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Intelligente Haustechnik hört auf „LISTEN“

17.01.2017 | Architektur Bauwesen

Satellitengestützte Lasermesstechnik gegen den Klimawandel

17.01.2017 | Maschinenbau