Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Super-Aktivierung an den Synapsen?

08.01.2016

Nervenzellen müssen extrem schnell reagieren und je nach Aufgabe auch ihr Tempo drosseln können. Berliner Wissenschaftler haben nun gezeigt, dass ein Rezeptor in den Synapsen gleich beides beherrscht und manifestierten mit ihrer Arbeit ein weiteres Beispiel für die erstaunliche Flexibilität des Gehirns auf molekularer Ebene.

Tag für Tag leistet das Gehirn schier Unglaubliches – ob wir nach einem Ball hechten, Schallwellen verarbeiten oder Erinnerungen über Jahrzehnte hinweg abspeichern. Möglich ist diese Bandbreite, weil Nervenzellen extrem schnell reagieren und bis zu 1000 elektrische Impulse pro Sekunde erzeugen können, aber auch viel langsamere Reaktionen im Repertoire haben, bei denen die einzelnen Impulse länger anhalten.


Super-Aktivierung von AMPA-Rezeptoren durch wiederholte Stimulation

Plested, FMP

Wieso die Nervenzellen so flexibel reagieren, wird weltweit von vielen Arbeitsgruppen erforscht. Zwei Wissenschaftler am Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie in Berlin (FMP) haben nun eine überraschende Entdeckung gemacht: Flexibilität wird bereits auf Molekülebene erzeugt – der häufigste Rezeptor an unseren Synapsen kann je nach eingehendem Signal zwischen zwei verschiedenen Funktionsweisen umschalten.

Es handelt sich um den Glutamatrezeptor vom Typ AMPA, der das von benachbarten Zellen ausgeschüttete Glutamat erkennen kann. Dieser chemische Händedruck ermöglicht es den Nervenimpulsen von einer Zelle zur nächsten zu springen.

Der AMPA-Rezeptor galt seit über 30 Jahren als echter Spezialist für aufeinanderfolgende, schnelle Impulse: in weniger als einer Millisekunde kann er zwischen der geschlossenen und geöffneten Form wechseln. Anna Carbone und Andrew Plested (beide FMP und Mitglieder des Exzellenzcluster NeuroCure) haben nun gezeigt, wiederholte Aktivierungen drängen den Rezeptor in einen langsamen Modus, mit zugleich hoher Aktivität. In diesem Zustand der Super-Aktivierung kann er bis zu einer Sekunde geöffnet bleiben.

Der Ursprung ihrer Forschungsarbeit war vor vielen Jahren die Zufallsmutation einer Labormaus. Die „Sternengucker-Maus“ war zuerst durch ihre epileptischen Anfälle aufgefallen, bei denen sie mitunter den Kopf hochreckt und wie in Trance nach oben schaut. Später fand man heraus, dass bei der „Sternengucker-Maus“ ein bestimmtes Protein defekt ist, das normalerweise mit dem AMPA-Rezeptor einen Komplex bildet.

Man taufte das Protein Stargazin und die beiden FMP-Forscher experimentierten damit in Zellkulturen, wie bereits viele Forscher vor ihnen. Unter unterschiedlichen Bedingungen zeichneten sie mittels des Patch-Clamp-Verfahrens den Stromfluss durch einzelne Rezeptor-Poren auf, die mit Stargazin Komplexe bildeten.

Durch gezielte Punktmutationen veränderten sie die mechanischen Eigenschaften des Rezeptors, um seiner Funktionsweise auf die Spur zu kommen. Dabei fanden sie mehrere unerwartete Formen der Aktivität. Ihr Erklärungsmodell, das jetzt in Nature Communications veröffentlicht wurde, ist einfach: Demzufolge befindet sich der AMPA-Rezeptor grundsätzlich im schnellen-Modus, kann aber durch zusätzliche Aktivierung durch das Protein Stargazin in einen langsamen Modus versetzt werden. Diese Super-Aktivierung ist eine Art Kurzzeitgedächtnis auf Molekülebene, durch die eine positive Rückkopplung entsteht.

Positive Rückkopplungsschleifen sind in der Biologie weit verbreitet und lebenswichtig, zum Beispiel der Ferguson-Reflex, der bei der Geburt dazu dient, die Wehen zu unterstützen. „Soweit ich weiß, haben wir zum ersten Mal gezeigt, dass eine positive Rückkopplungsschleife auch innerhalb eines einzigen Molekülkomplexes ablaufen kann. Der Vorteil dabei ist, dass die Super-Aktivierung sich schnell aufbaut und auch schnell wieder abbaut“, sagt Andrew Plested.

Normalerweise setzen Feedback-Schleifen erst nach Minuten oder Stunden ein. Beim AMPA-Rezeptor startet die Super-Aktivierung in weniger als einer Sekunde. „Es gab schon seit einiger Zeit Hinweise darauf, dass der AMPA-Rezeptor auch im langsamen Modus arbeiten kann, aber bis jetzt konnte sich das keiner erklären“, sagt Andrew Plested.

Die Gruppe untersucht nun mit aller Kraft, welche Rolle die Super-Aktivierung im Gehirn spielt. Ihr Modell könnte dabei helfen, Synapsen und die Plastizität des Gehirns besser zu verstehen, und es könnte langfristig dazu beitragen, neurologische Erkrankungen zu behandeln.


Quelle: Anna L. Carbone & Andrew J.R. Plested: Superactivation of AMPA receptors by auxiliary proteins. Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms10178.

Kontakt:

Dr. Andrew Plested
Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP)
plested (at) fmp-berlin.de

Öffentlichkeitsarbeit
Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP),
Robert-Rössle-Straße 10
13125 Berlin

Silke Oßwald
Tel: +49 (0)30 94793 104
Email: osswald@fmp-berlin.de

Das Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP) gehört zum Forschungsverbund Berlin e.V. (FVB), einem Zusammenschluss von acht natur-, lebens- und umweltwissenschaftlichen Instituten in Berlin. In ihnen arbeiten mehr als 1.900 Mitarbeiter. Die vielfach ausgezeichneten Einrichtungen sind Mitglieder der Leibniz-Gemeinschaft. Entstanden ist der Forschungsverbund 1992 in einer einzigartigen historischen Situation aus der ehemaligen Akademie der Wissenschaften der DDR.

Silke Oßwald | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neue Protein-Analyse für Therapie und Diagnose von Krankheiten
25.07.2016 | Universität Wien

nachricht Neue Biomaterialien aus Proteinen
22.07.2016 | Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP

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: Superschneller Internetfunk dank Terahertz-Strahlung

Wissenschaftler aus Dresden und Dublin haben einen vielversprechenden technologischen Ansatz gefunden, der Notebooks und anderen mobilen Computern in Zukunft deutlich schnellere Internet-Funkzugänge ermöglichen könnte als bisher. Die Teams am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) und am irischen Trinity College Dublin brachten hauchdünne Schichten aus einer speziellen Verbindung von Mangan und Gallium dazu, sehr effizient Strahlung im sogenannten Terahertz-Frequenzbereich auszusenden. Als Sender in WLAN-Funknetzen eingesetzt, könnten die höheren Frequenzen die Datenraten zukünftiger Kommunikations-Netzwerke spürbar erhöhen.

„Wir halten diesen Ansatz für technologisch sehr interessant“, betont Dr. Michael Gensch, Leiter einer Arbeitsgruppe am HZDR, die sich mit den...

Im Focus: Newly discovered material property may lead to high temp superconductivity

Researchers at the U.S. Department of Energy's (DOE) Ames Laboratory have discovered an unusual property of purple bronze that may point to new ways to achieve high temperature superconductivity.

While studying purple bronze, a molybdenum oxide, researchers discovered an unconventional charge density wave on its surface.

Im Focus: Forschen in 15 Kilometern Höhe - Einsatz des Flugzeuges HALO wird weiter gefördert

Das moderne Höhen-Forschungsflugzeug HALO (High Altitude and Long Range Research Aircraft) wird auch in Zukunft für Projekte zur Atmosphären- und Erdsystemforschung eingesetzt werden können: Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) bewilligte jetzt Fördergelder von mehr als 11 Millionen Euro für die nächste Phase des HALO Schwerpunktprogramms (SPP 1294) in den kommenden drei Jahren. Die Universität Leipzig ist neben der Goethe-Universität Frankfurt am Main und der Technischen Universität Dresden federführend bei diesem DFG-Schwerpunktprogramm.

Die Universität Leipzig wird von der Fördersumme knapp 6 Millionen Euro zur Durchführung von zwei Forschungsprojekten mit HALO sowie zur Deckung der hohen...

Im Focus: Mapping electromagnetic waveforms

Munich Physicists have developed a novel electron microscope that can visualize electromagnetic fields oscillating at frequencies of billions of cycles per second.

Temporally varying electromagnetic fields are the driving force behind the whole of electronics. Their polarities can change at mind-bogglingly fast rates, and...

Im Focus: Rekord in der Hochdruckforschung: 1 Terapascal erstmals erreicht und überschritten

Einem internationalen Forschungsteam um Prof. Dr. Natalia Dubrovinskaia und Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky von der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, im Labor einen Druck von 1 Terapascal (= 1.000.000.000.000 Pascal) zu erzeugen. Dieser Druck ist dreimal höher als der Druck, der im Zentrum der Erde herrscht. Die in 'Science Advances' veröffentlichte Studie eröffnet neue Forschungsmöglichkeiten für die Physik und Chemie der Festkörper, die Materialwissenschaft, die Geophysik und die Astrophysik.

Extreme Drücke und Temperaturen, die im Labor mit hoher Präzision erzeugt und kontrolliert werden, sind ideale Voraussetzungen für die Physik, Chemie und...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Kongress für Molekulare Medizin: Krankheiten interdisziplinär verstehen und behandeln

20.07.2016 | Veranstaltungen

Ultraschnelle Kalorimetrie: Gesellschaft für thermische Analyse GEFTA lädt zur Jahrestagung

19.07.2016 | Veranstaltungen

Das neue Präventionsgesetz aktiv gestalten

19.07.2016 | Veranstaltungen

 
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Superschneller Internetfunk dank Terahertz-Strahlung

25.07.2016 | Informationstechnologie

Neue Protein-Analyse für Therapie und Diagnose von Krankheiten

25.07.2016 | Biowissenschaften Chemie

Wussten Sie, dass UV-Licht für sicheres Baden während der Sommermonate sorgt?

25.07.2016 | Energie und Elektrotechnik