Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Synapsen – Beständigkeit im Wandel

17.04.2014

Synapsen bleiben stabil, wenn ihre Komponenten koordiniert wachsen

Synapsen sind die Kontaktstellen für die Informationsübertragung zwischen Nervenzellen. Ohne sie können wir keine Gedanken formen oder uns an etwas erinnern. Für bleibende Erinnerungen müssen Synapsen zum Teil über sehr lange Zeiträume stabil bleiben. Doch wie kann eine Synapse die Zeit überdauern, wenn ihre Bausteine regelmäßig erneuert werden müssen?


Beim Lernen wachsen auf Nervenzellen Fortsätze, an deren Ende sich eine Synapse befindet (links im Original, rechts in der Rekonstruktion). Wächst die Synapse mit einem ausgewogenen Verhältnis aller Komponenten, bleibt sie auch über längere Zeiten stabil.

© MPI f. Neurobiologie/ Meyer

Einer Antwort auf diese Frage sind Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie in Martinsried bei München nun näher gekommen. Sie konnten zeigen, dass beim Aufbau einer Synapse alle Bausteine im "richtigen" Verhältnis zueinander wachsen müssen.

Nur so entsteht eine langfristig funktionstüchtige Synapse, Grundvoraussetzung für Lernen und Gedächtnis. In solch einem interaktiven System sollte der Austausch einzelner Moleküle möglich sein, während die übrigen Komponenten die Synapse stabilisieren.

Alles ist vergänglich. Das gilt auch für die Proteine, die Bausteine, aus denen die Kontaktstellen zwischen unseren Nervenzellen bestehen. Dank dieser Proteine können an einer Synapse ankommende Informationen verpackt und von der nächsten Nervenzelle auch aufgenommen werden.

Lernen wir etwas Neues, dann werden neue Synapsen aufgebaut oder bestehende verstärkt. Für dauerhafte Erinnerungen müssen Synapsen über längere Zeiträume, bis hin zu einem ganzen Leben, stabil bleiben. Wie eine Synapse durchgehend stabil bleiben kann, obwohl ihre Proteine regelmäßig erneuert werden müssen, darauf haben Forscher des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie in Martinsried bei München nun einen Hinweis gefunden.

„Uns hat zunächst einmal interessiert, was mit den verschiedenen Komponenten einer Synapse passiert, wenn sie während des Lernens wächst”, berichtet Volker Scheuss, der Leiter der Studie. Ein Verständnis des Komponentenwachstums könnte auch Auskunft über die langfristige Stabilität von Synapsen geben. So untersuchten die Forscher in Kulturschalen das Wachstum von Synapsen nach einem (Lern)Reiz. Dazu aktivierten sie einzelne Synapsen gezielt mit dem Botenstoff Glutamat.

Schon seit längerem ist bekannt, dass Glutamat bei Lernvorgängen eine wichtige Rolle spielt und das Wachstum von Synapsen anregt. In den folgenden Stunden beobachteten die Forscher die stimulierten und Kontroll-Synapsen unter dem Zwei-Photonen-Mikroskop. Zur Bestätigung der beobachteten Effekte untersuchten sie im Anschluss einzelne Synapsen noch mit Hilfe des Elektronenmikroskops. „Das war eine ziemliche Sisyphus-Arbeit, wenn man bedenkt, dass eine einzelne Synapse gerade mal einen 1000stel Millimeter groß ist”, erzählt Tobias Bonhoeffer, in dessen Abteilung die Untersuchungen stattfanden.

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass beim Synapsenwachstum die verschiedenen Proteinstrukturen immer im passenden Verhältnis zueinander wuchsen. Wuchs oder vermehrte sich nur eine Strukturkomponente allein, oder im falschen Verhältnis zu den anderen, so kollabierten diese Veränderung bald darauf wieder. Mit solch unvollständigen Änderungen können Synapsen keine langfristigen Erinnerungen speichern.

Die Ergebnisse zeigen, dass es eine fein aufeinander abgestimmte Ordnung und Interaktion der Synapsenkomponenten gibt. „In solch einem System sollte es gut möglich sein, individuelle Proteine auszutauschen, während der Rest der Struktur die Stellung hält”, so Scheuss. Bricht jedoch eine ganze Komponentengruppe weg, so wird die ganze Synapse destabilisiert. Auch das ist ein wichtiger Vorgang, denn ohne die Möglichkeit zu vergessen könnte das Gehirn nicht richtig funktionieren. Die Ergebnisse liefern somit nicht nur einen wichtigen Einblick in die Funktion und den Aufbau von Synapsen. Sie dienen auch als Grundlage um Gedächtnisverlust zum Beispiel bei degenerativen Erkrankungen besser zu verstehen.

Ansprechpartner 

Dr. Stefanie Merker

Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Martinsried

Telefon: +49 89 8578-3514

 

Prof. Dr. Tobias Bonhoeffer

Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Martinsried

Telefon: +49 89 8578-3751
Fax: +49 89 8578-2481

 

Originalpublikation

 
Daniel Meyer, Tobias Bonhoeffer, Volker Scheuss
Balance and stability of synaptic structures during synaptic plasticity
Neuron, 16 April 2014

Dr. Stefanie Merker | Max-Planck-Institut

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neuer Abwehrmechanismus gegen Sauerstoffradikale entdeckt
18.06.2018 | Universität Bern

nachricht Umwandlung von nicht-neuronalen Zellen in Nervenzellen
18.06.2018 | Universitätsmedizin der 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: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Im Focus: First real-time test of Li-Fi utilization for the industrial Internet of Things

The BMBF-funded OWICELLS project was successfully completed with a final presentation at the BMW plant in Munich. The presentation demonstrated a Li-Fi communication with a mobile robot, while the robot carried out usual production processes (welding, moving and testing parts) in a 5x5m² production cell. The robust, optical wireless transmission is based on spatial diversity; in other words, data is sent and received simultaneously by several LEDs and several photodiodes. The system can transmit data at more than 100 Mbit/s and five milliseconds latency.

Modern production technologies in the automobile industry must become more flexible in order to fulfil individual customer requirements.

Im Focus: ALMA entdeckt Trio von Baby-Planeten rund um neugeborenen Stern

Neuartige Technik, um die jüngsten Planeten in unserer Galaxis zu finden

Zwei unabhängige Astronomenteams haben mit ALMA überzeugende Belege dafür gefunden, dass sich drei junge Planeten im Orbit um den Säuglingsstern HD 163296...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Simulierter Eingriff am virtuellen Herzen

18.06.2018 | Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz – Schafft der Mensch seine Arbeit ab?

15.06.2018 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Asteroidenforschung in Garching

13.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Neuer Abwehrmechanismus gegen Sauerstoffradikale entdeckt

18.06.2018 | Biowissenschaften Chemie

Umwandlung von nicht-neuronalen Zellen in Nervenzellen

18.06.2018 | Biowissenschaften Chemie

Im Fußballfieber: Rittal Cup verspricht Spannung und Spaß

18.06.2018 | Unternehmensmeldung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics