Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Der Stoff, aus dem das Gedächtnis ist

18.10.2012
Neurobiologen am Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie (IMP) in Wien fanden einen Mechanismus, der für die Ausbildung des Langzeitgedächtnisses bei Fliegen verantwortlich ist. In der heutigen Ausgabe der Zeitschrift Neuron beschreiben sie die Details und leiten ein allgemeines Prinzip daraus ab.

Wie unser Gehirn Gedächtnisinhalte speichert, ist über weite Strecken noch unerforscht. Gesichert ist, dass es mindestens zwei Arten von Gedächtnis gibt, die auf unterschiedliche Weise zustande kommen.


Drosophila melanogaster
Foto: IMP/Solvin Zankl

Für die Ausbildung des Kurzzeitgedächtnisses werden in den Nervenzellen (Neuronen) des Gehirns bereits vorhandene Proteine chemisch verändert. Gehen Inhalte ins Langzeitgedächtnis über, so müssen die Zellen neue Eiweißmoleküle bilden. Dies ist aus Tierversuchen bekannt, bei denen ein bestimmter Schritt der Proteinsynthese - die Translation - chemisch blockiert wurde. Diese Tiere konnten kein Langzeitgedächtnis ausbilden.

Auf welche Weise die neu gebildeten Eiweißstoffe Gedächtnisinhalte festigen, ist nicht im Detail geklärt. Man nimmt an, dass sie sowohl bereits vorhandene Verbindungen (Synapsen) zwischen Nervenzellen verstärken als auch neue Synapsen bilden. Beide Vorgänge zusammen sind die Grundlage des Langzeitgedächtnisses.
Eine Nervenzelle kann durch zehntausende Synapsen mit anderen Neuronen verbunden sein. Bei der Fixierung von Gedächtnisinhalten wird jedoch nur ein Teil der Synapsen verändert. Ungeklärt ist, wie Zellen die Proteinsynthese lokal eingrenzen können. Gedächtnisforscher - unter ihnen Eric Kandel - postulierten eine Art „molekulares Etikett“, das die Produktion von Eiweißmolekülen nur in bestimmten Synapsen zulässt. Als Kandidaten für lokale Proteinregulatoren schlug Kandel die Familie der CPEB-Proteine vor. Diese Moleküle regeln auch wichtige Entwicklungsschritte beim Embryo.

Gedächtnistraining für Fliegen

Am Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie (IMP) wies die Neurobiologin Krystyna Keleman vor fünf Jahren nach, dass CPEB-Proteine bei der Taufliege tatsächlich für die Ausbildung des Langzeitgedächtnisses notwendig sind.

Die IMP-Forscher studieren die Gedächtnisleistung von Fliegen anhand ihres Sexualverhaltens. Fliegenweibchen verlieren nach der Begattung das Interesse an weiteren Annäherungsversuchen. Männliche Fliegen lernen durch wiederholte Versuche, dass sie nur bei jungfräulichen Weibchen Erfolg haben. Sie erkennen diese an ihrem Geruch.

Für die Verhaltensexperimente wurden am IMP kleine „Trainigszentren“ für Taufliegen gebaut. Dort üben Fliegenmännchen, die jungfräulichen von den bereits begatteten Weibchen zu unterscheiden. In Abhängigkeit von der Trainingsdauer können sie sich unterschiedlich lange an das Gelernte erinnern. Mit dieser Versuchsanordnung können Kurz- und Langzeitgedächtnis der Fliegen erforscht werden.

Molekulares Etikett für Nervenzellen

Die Suche nach den Molekülen, welche die Proteinsynthese und damit die Bildung des Langzeitgedächtnisses regeln, erwies sich als langwierig. Der junge Biologe Sebastian Krüttner widmete der Frage seine Doktorarbeit am IMP. Er identifizierte schließlich die beiden fast identischen Moleküle Orb2A und Orb2B aus der CPEB-Familie. Beide Formen werden für das Langzeitgedächtnis der Fliege benötigt, doch während Orb2B weit verbreitet ist, sind von Orb2A nur geringe Mengen zu finden.
Die Ergebnisse genetischer, biochemischer und verhaltensbiologischer Studien legen nun folgenden Mechanismus der Gedächtnisbildung nahe: Durch den Vorgang des Lernens wird Orb2A in bestimmten Synapsen aktiviert. Dort bewirkt es - nach Art eines Kristallisationskeims - dass sich Komplexe aus Orb2A und Orb2B bilden. Diese Komplexe wiederum greifen lokal in die Proteinsynthese ein und führen dazu, dass die aktivierten Synapsen eine dauerhafte Veränderung erfahren – Gedächtnis entsteht.

Dieses Modell, das die IMP-Forscher in der heutigen Ausgabe der Zeitschrift Neuron publizieren, wartet mit einigen Überraschungen auf. Dass zwei so ähnliche Proteine wie Orb2A und Orb2B ganz unterschiedliche Aufgaben haben, kam für die Autoren unerwartet. Ebenso verblüffend war die Erkenntnis, dass das Molekül Orb2A für seine Funktion genau jenen Abschnitt nicht benötigt, der RNA bindet und den man bisher bei CPEB-Proteinen für unerlässlich hielt.
Die Art und Weise, wie Orb2A und Orb2B bei der Gedächtnisbildung zusammenspielen, könnte auch für andere Proteine der CPEB-Familie gelten. Da diese Eiweißmoleküle für viele Lebensprozesse wichtig sind und sich im Lauf der Evolution kaum verändert haben, könnte hiermit ein universales Prinzip entdeckt worden sein.

Die Arbeit „Drosophila CPEB Orb2A mediates memory independent of ist RNA-binding domain“ von Sebastian Krüttner et al. erscheint am 18. Oktober 2012 in der Zeitschrift Neuron.
Krystyna Keleman
Die aus Warschau stammende Wissenschaftlerin Krystyna Keleman erhielt ihre Ausbildung in Polen, den USA und der Schweiz. 2003 promovierte sie an der Universität Zürich in Entwicklungs-Neurobiologie. Im Jahr 1988 kam sie nach Wien, wo sie am Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie (IMP) eine Arbeitsgruppe leitet.
Über das IMP
Das Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie betreibt in Wien biomedizinische Grundlagenforschung und wird dabei maßgeblich von Boehringer Ingelheim unterstützt. Mehr als 200 ForscherInnen aus über 30 Nationen widmen sich der Aufklärung grundlegender molekularer und zellulärer Vorgänge, um komplexe biologische Phänomene im Detail zu verstehen und Krankheitsmechanismen zu entschlüsseln.

Kontakt:
Dr. Heidemarie Hurtl
IMP Communications
Tel.: (+43 1) 79730 3625
Mobil: 0664/8247910
hurtl@imp.ac.at

Wissenschaftlicher Kontakt:
keleman@imp.ac.at

Dr. Heidemarie Hurtl | idw
Weitere Informationen:
http://www.imp.ac.at

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