Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Optische Schalter - Erhellende Impulse im Nervensystem

04.03.2013
Einem deutsch-amerikanischen Team ist es gelungen, Rezeptoren von Nervenzellen für Lichtreize empfänglich zu machen. Dies ermöglicht ganz neue Einblicke in die Funktionsweise von Gedächtnis und Lernen, aber auch in die Entstehung von Krankheiten.

Wenn Nervenzellen miteinander kommunizieren, sind sogenannte Neurorezeptoren entscheidend an der Signalübertragung beteiligt. Sie sind als Transmembranproteine in die Wand der Nervenzellen eingebaut und reichen durch sie hindurch. Die häufigsten Rezeptoren sind die G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCRs), zu denen auch bestimmte Glutamatrezeptoren gehören.

Sogenannte metabotrope Glutamatrezeptoren (mGluR) sind an der Regulation der Erregbarkeit der Nervenzelle sowie an der Freisetzung neuronaler Transmitter beteiligt. Außerdem spielen sie eine wichtige Rolle für die synaptische Plastizität, das heißt, sie steuern die Stärke, mit der Reize an der Synapse übertragen werden.

Der Informationsfluss zwischen Nervenzellen hängt entscheidend von der Stärke der Signalübertragung ab. Ohne synaptische Plastizität wären das Lernen und Abspeichern neuer Eindrücke nicht möglich. Das Verständnis der neuronalen Mechanismen ist daher von großem Interesse. Dirk Trauner, Professor für Chemische Biologie und Genetik an der LMU, gelang es nun in Zusammenarbeit mit Professor Ehud Isacoff (University of California, Berkeley) mGluRs durch Licht steuerbar zu machen und sie so gezielt einsetzen zu können.

Trauner ist Spezialist dafür, Moleküle mit einem chemischen Schalter zu versehen, der auf Licht reagiert. Erst kürzlich gelang es ihm etwa, Transmembranproteine lichtabhängig steuerbar zu machen, die normalerweise auf den Botenstoff Acetylcholin reagieren. Nun konnte er in Zusammenarbeit mit amerikanischen Kollegen seine Methode zur Photosensibilisierung von Rezeptoren auf mGluRs ausdehnen. „Licht ist sehr genau kontrollierbar. Mit unserem Konstrukt können wir die Zellen daher mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung spezifisch ansprechen. Zudem ist die Reaktion reversibel“, erläutert Trauner die Vorteile der Methode.
Schaltbar im Millisekundentakt

Anders als das Netzhaut-Pigment Rhodopsin, das ebenfalls zu den GPCR gehört und als einziges dieser Proteine von Natur aus lichtempfindlich ist, benötigt Trauners optischer Schalter zur Aktivierung keine konstante Beleuchtung und kann innerhalb von Millisekunden ein- und ausgeschaltet werden. „Dies bietet uns einzigartige Möglichkeiten, die spezifischen Funktionen jedes einzelnen Rezeptors aufzuklären“, sagt Trauner. Dies ist besonders wichtig, weil verschiedene mGluRs an dasselbe Protein binden können, aber unterschiedliche Effekte hervorrufen.

Seine Funktionstüchtigkeit zeigte der neue optische Schalter sowohl in Hirngewebe der Maus als auch in lebenden Zebrafischen, wo die Wissenschaftler mithilfe der optischen Schalter zeigen konnten, dass mGluRs an der Schreckreaktion beteiligt sind: Die lichtinduzierte Aktivierung von mGluR setzte die Reizschwelle der Fische herab. Auch für zukünftige therapeutische Anwendungen sind die Ergebnisse der Wissenschaftler interessant, denn viele GPCR sind Ziele von Neurotransmittern, die mit Erkrankungen des zentralen Nervensystems in Zusammenhang stehen.
So könnte auch mGluR ein interessantes Zielmolekül für Krankheiten wie Depressionen und Schizophrenie sein. „Noch ist dies Grundlagenforschung, aber möglicherweise könnte mGluR auch für die Therapie von Sehstörungen eingesetzt werden, da der Rezeptor selektiv in bestimmten retinalen Zellen exprimiert wird“, so Trauner.

Nature Neuroscience 2013) göd

Publikation:
Optical Control of Metabotropic Glutamate Receptors
Joshua Levitz, Carlos Pantoja, Benjamin Gaub, Harald Janovjak, Andreas Reiner, Adam Hoagland, David Schoppik, Brian Kane, Philipp Stawski, Alexander F. Schier, Dirk Trauner, Ehud Y. Isacoff
Nature Neuroscience 2013
Published online: 03 March 2013 | doi:10.1038/nn.3346

Kontakt:
Professor Dr. Dirk Trauner
Department of Chemistry
Tel: +49 (0)89 2180-77800
Fax: +49 (0)89 2180-77972
http://www.cup.uni-muenchen.de/oc/trauner

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

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Auf der molekularen Streckbank
24.02.2017 | Technische Universität München

nachricht Sicherungskopie im Zentralhirn: Wie Fruchtfliegen ein Ortsgedächtnis bilden
24.02.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

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: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie