Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Synapsen konkurrieren um neuronales Baumaterial

09.02.2017

Gleichgewicht zwischen hemmender und erregender synaptischer Aktivität ist für strukturelle Homöostase wichtig

Während der Entwicklung neuronaler Schaltkreise müssen Nervenzellen über tausende von Synapsen korrekt miteinander verbunden werden. Synapsen verschalten zumeist auf spezialisierte Strukturen von Nervenzellen, die Dendriten. Dendriten dienen somit dem Empfang von neuronaler Information.


Rekonstruktion der Dendritenstruktur eines Flugmotorneurons der Fruchtfliege Drosophila melanogaster: Die korrekte Verteilung von Dendriten in die cholinerge (rot) und die GABAerge (blau) Eingangsdomäne hängt von ausbalancierter cholinerger und GABAerger synaptischer Aktivität während der Entwicklung ab.

Foto/©: Abteilung Neurobiologie, JGU

Es ist bislang weitgehend ungeklärt, nach welchen Prinzipien und mit welchen Mechanismen während der Entwicklung von Nervensystemen die Anzahl der Synapsen und die Größe der jeweiligen Dendriten aufeinander abgestimmt werden und wie verschiedene Synapsentypen auf ihren Zieldendriten verteilt werden. Hierzu haben Wissenschaftler der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) einen neuen Beitrag erbracht.

Demnach konkurrieren verschiedene Synapsentypen um Dendriten ihrer postsynaptischen Partnerzelle. Überwiegt während der Entwicklung die Aktivität eines Synapsentyps, so wird diesem auf Kosten eines anderen Synapsentyps mehr dendritisches Material seiner Partnerzelle zugewiesen. Es können also abhängig von der synaptischen Aktivität Dendriten innerhalb einer Nervenzelle verschoben werden. Das Übergewicht eines Konkurrenten beeinträchtigt damit die Struktur und Funktion der Nervenzelle.

„Wir konnten an Nervenzellen von Drosophila zeigen, dass die Synapsen um dendritisches Baumaterial konkurrieren“, teilt Prof. Dr. Carsten Duch von der Abteilung Neurobiologie der JGU mit. Die Studie wurde in der renommierten Fachzeitschrift Neuron publiziert.

Synapsen sind eine Art Brücke von einer Nervenzelle zur anderen, über die Informationen elektrochemisch übertragen werden. Im menschlichen Gehirn sind Schätzungen zufolge ca. 100 Milliarden Nervenzellen über insgesamt etwa 100 Billionen Synapsen miteinander verschaltet. Die Wissenschaftler um Carsten Duch haben in ihrer Forschungsarbeit mit der Fruchtfliege Drosophila melanogaster die Übertragung von zwei verschiedenen Botenstoffen, Gamma-Aminobuttersäure (GABA) und Acetylcholin, die über den synaptischen Spalt wandern und an den postsynaptischen Dendriten an Rezeptoren andocken, genetisch manipuliert.

Wird die Balance der synaptischen Aktivität beider Neurotransmittersysteme manipuliert, wird das Dendritenwachstum beeinflusst und die Synapsen auf den Dendriten werden umverteilt. „Es kommt zur Konkurrenz zwischen den GABAergen und den cholinergen Synapsen, die um das Baumaterial wetteifern, auf das sie verschalten können“, sagt Dr. Stefanie Ryglewski, Erstautorin der Studie.

Wenn sich die beiden Konkurrenten nicht im richtigen Gleichgewicht befinden, wird das Baumaterial falsch verteilt. Mechanistisch sind hierzu synaptisch induzierte, lokale Kalzium-Signale in den Dendriten der Nervenzelle notwendig. „Die Ausgewogenheit zwischen hemmender und erregender synaptischer Aktivität ist für die strukturelle Homöostase von Nervenzellen enorm wichtig“, merkt Duch zu der neurobiologischen Forschungsarbeit an.


Veröffentlichung:
Stefanie Ryglewski et al.
Intra-neuronal Competition for Synaptic Partners Conserves the Amount of Dendritic Building Material
Neuron, 26. Januar 2017
DOI: 10.1016/j.neuron.2016.12.043

Weitere Informationen:
Prof. Dr. rer. nat. Carsten Duch
Institut für Entwicklungsbiologie und Neurobiologie
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-23419
Fax +49 6131 39-25443
E-Mail: cduch@uni-mainz.de
http://www.bio.uni-mainz.de/zoo/760_DEU_HTML.php

Weitere Links:
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S089662731631042X (Article)
https://www.youtube.com/watch?v=Wye29Ynualg (Video „Synaptic Competition Shapes Neuronal Dendrites“)
https://www.uni-mainz.de/presse/63736.php (Pressemitteilung vom 22.01.2015 „Dendriten von Motorneuronen der Taufliege für grundlegende Funktionen entbehrlich“)

Petra Giegerich | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie Reize auf dem Weg ins Bewusstsein versickern
22.09.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Lebendiges Gewebe aus dem Drucker
22.09.2017 | Universitätsklinikum Freiburg

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: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie