Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neurobiologie - Die Chemie der Erinnerung

21.11.2017

Lernen erfordert winzige Veränderungen an einzelnen Synapsen. Wissenschaftler haben nun aufgedeckt, wie ein RNA-Bindeprotein, das an diesen molekularen Prozessen beteiligt ist, das Gedächtnis beeinflusst.

Gedächtnisleistungen hinterlassen im Gehirn Spuren: Lernen und Erinnern sind nur möglich, weil die Verbindungen zwischen Nervenzellen – die Synapsen – fortwährend umgebaut werden. Die Baupläne für die dafür notwendigen Moleküle werden von sogenannten Boten-RNAs (mRNA) zielgerichtet zu den Synapsen transportiert.


Michael Kiebler untersucht die molekularen Prozesse des Lernens.

Bild: LMU/Joerg Koch

Der LMU-Biochemiker Michael Kiebler hat bereits in früheren Studien gezeigt, dass das mRNA-Bindeprotein Staufen2 dabei eine essenzielle Rolle spielt. Wie die molekularen Vorgänge im Gehirn sich in vivo auf das Lernen auswirken, ist allerdings noch unzureichend verstanden.

Nun ist Kiebler ein entscheidender Durchbruch gelungen: In Kooperation mit Dusan Bartsch (Universität Heidelberg) und spanischen Kollegen konnte er erstmals direkt nachweisen, dass ein Staufen2-Mangel das Gedächtnis auf spezifische Weise beeinträchtigt. Über ihre Ergebnisse berichten die Wissenschaftler im Fachmagazin Genome Biology.

Für ihre Untersuchungen entwickelten die Wissenschaftler in langjähriger Arbeit ein Tiermodell, in dem mithilfe von Antibiotika Staufen2 selektiv in Nervenzellen des Vorderhirns, insbesondere im Hippocampus, ausgeschaltet werden kann. In Verhaltensexperimenten testeten die Wissenschaftler dann das räumliche, zeitliche und assoziative Gedächtnis, mit dem abstrakte Inhalte verknüpft und abspeichert werden – also die Gedächtnisleistungen, die im Hippocampus verarbeitet werden.

Dabei zeigte sich, dass ohne Staufen2 bestimmte Funktionen gestört sind. „Das generelle Langzeitgedächtnis funktioniert zwar, die Ratten lernen beispielsweise, wo sich eine Futterquelle befindet“, sagt Kiebler. „Aber wenn das Gelernte erst nach längeren Wartezeiten abgerufen wird, ist die Gedächtnisleistung der Mutanten signifikant schlechter als die der Wildtypen.“

Ohne Staufen2 verändern sich die Zellmorphologie und die Synapsenfunktion. Mithilfe elektrophysiologischer Messungen analysierten die Wissenschaftler die Signalübertragung an den Synapsen und fanden, dass der Staufen2-Mangel die sogenannte Langzeit-Potenzierung (LTP) steigert und die sogenannteLangzeit-Depression (LTD) verhindert.

Unter LTP versteht man einen Mechanismus, der die Signalübertragung dauerhaft verstärkt und die Verknüpfung zwischen Synapsen festigt. Der gegenläufige Mechanismus LTD dagegen vermindert die Signalübertragung und entkoppelt bereits bestehende Verknüpfungen wieder. Grundsätzlich scheint die Synapse bei Staufen2-Mangel also leichter erregbar zu sein.

„LTP wird als zelluläres Modell für das Lernen angesehen, aber unsere Ergebnisse legen nahe, dass nicht nur die Anzahl der potenzierten Synapsen, sondern auch das richtige Verhältnis von LTP und LTD wichtig ist“, sagt Kiebler. Diese Balance ist ohne Staufen2 offensichtlich gestört. Die Wissenschaftler vermuten, dass zu viele Synapsen sehr stark potenziert und damit zu wenig reprimiert vorliegen. Das könnte dazu führen, dass Informationen, die normalerweise langfristig gespeichert werden, frühzeitig destabilisiert oder möglicherweise sogar entfernt werden.

„Mit unserer Arbeit ist es uns zum ersten Mal gelungen, ein Molekül – das RNA-Bindeprotein Staufen2 – mit der Funktion einer Synapse und dem Lernverhalten im Tier in Verbindung zu bringen“, schließt Kiebler. „Dieser Ansatz ermöglicht uns völlig neue Einblicke in die molekularen Mechanismen des Lernens.“
Genome Biology 2017

Publikation:
Forebrain specific, conditional silencing of Staufen2 alters synaptic plasticity, learning and memory in rats
Stefan M. Berger, Iván Fernández-Lamo, Kai Schönig, Sandra M. Fernández Moya, Janina Ehses, Rico Schieweck, Stefano Clementi, Thomas Enkel, Sascha Grothe, Oliver von Bohlen und Halbach, Inmaculada Segura, José María Delgado-García, Agnès Gruart, Michael A. Kiebler and Dusan Bartsch
Genome Biology 2017
https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-017-1350-8

Kontakt:
Professor Michael Kiebler
BioMedizinisches Centrum
Lehrstuhl Zellbiologie (Anatomie III)
Tel: (089) 2180 75 884
E-Mail: michael.kiebler@med.uni-muenchen.de
http://www.zellbio.anatomie.med.uni-muenchen.de/about_us/prof_kiebler/index.html

Luise Dirscherl | Ludwig-Maximilians-Universität München
Weitere Informationen:
http://www.uni-muenchen.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen
16.01.2018 | Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen

nachricht Leuchtende Echsen - Knochenbasierte Fluoreszenz bei Chamäleons
15.01.2018 | Staatliche Naturwissenschaftliche Sammlungen Bayerns

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: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Im Focus: Scientists decipher key principle behind reaction of metalloenzymes

So-called pre-distorted states accelerate photochemical reactions too

What enables electrons to be transferred swiftly, for example during photosynthesis? An interdisciplinary team of researchers has worked out the details of how...

Im Focus: Erstmalige präzise Messung der effektiven Ladung eines einzelnen Moleküls

Zum ersten Mal ist es Forschenden gelungen, die effektive elektrische Ladung eines einzelnen Moleküls in Lösung präzise zu messen. Dieser fundamentale Fortschritt einer vom SNF unterstützten Professorin könnte den Weg für die Entwicklung neuartiger medizinischer Diagnosegeräte ebnen.

Die elektrische Ladung ist eine der Kerneigenschaften, mit denen Moleküle miteinander in Wechselwirkung treten. Das Leben selber wäre ohne diese Eigenschaft...

Im Focus: The first precise measurement of a single molecule's effective charge

For the first time, scientists have precisely measured the effective electrical charge of a single molecule in solution. This fundamental insight of an SNSF Professor could also pave the way for future medical diagnostics.

Electrical charge is one of the key properties that allows molecules to interact. Life itself depends on this phenomenon: many biological processes involve...

Im Focus: Wie Metallstrukturen effektiv helfen, Knochen zu heilen

Forscher schaffen neue Generation von Knochenimplantaten

Wissenschaftler am Julius Wolff Institut, dem Berlin-Brandenburger Centrum für Regenerative Therapien und dem Centrum für Muskuloskeletale Chirurgie der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

2. Hannoverscher Datenschutztag: Neuer Datenschutz im Mai – Viele Unternehmen nicht vorbereitet!

16.01.2018 | Veranstaltungen

Fachtagung analytica conference 2018

15.01.2018 | Veranstaltungen

Tagung „Elektronikkühlung - Wärmemanagement“ vom 06. - 07.03.2018 in Essen

11.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal mit neuem Onlineauftritt - Lösungskompetenz für alle IT-Szenarien

16.01.2018 | Unternehmensmeldung

Die „dunkle“ Seite der Spin-Physik

16.01.2018 | Physik Astronomie

Wetteranomalien verstärken Meereisschwund

16.01.2018 | Geowissenschaften