Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Turbo für Nervenzellen: Funktion von ADHS-Gen erforscht

05.06.2014

Menschen mit Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS) haben gehäuft Mutationen im Gen für GIT1 – Berliner Forscher um Prof. Volker Haucke zeigen nun, welche Rolle das Eiweißmolekül im Gehirn spielt.

Mit gleich zwei neuen Veröffentlichungen erweitert die Gruppe das Verständnis davon, wie Signale an chemischen Synapsen im Nervensystem weitergeleitet werden. Den Forschern geht es um die uralte Frage, wie Nervenzellen so schnell und flexibel reagieren können – und wie selbst subtile Störungen zu einem Ungleichgewicht im Gehirn führen.


Elektronentomogramme und 3D-Rekonstruktionen präsynaptischer Nervenendigungen der somatosensorischen Großhirnrinde von Wildtyp- (A) und AP-2(μ)-Knockout-Mäusen (B).

Eine Nervenzelle muss oft in Ruhe verharren und dann ganz plötzlich in höchste Aktivität ausbrechen – bis zu 800 elektrische Impulse pro Sekunde können in manchen Fällen an bestimmten Synapsen eintreffen. Für viele Abläufe im Gehirn, beispielsweise für die Verarbeitung akustischer und visueller Reize, ist diese Bandbreite und ein solches Tempo essentiell.

Bei jedem Signal werden Neurotransmitter an den Synapsen ausgeschüttet, die dort in winzige Vesikel verpackt bereitgehalten werden. „Das ist, als ob ein Sportwagen an der roten Ampel steht und der Fahrer den Motor schon mal aufheulen lässt, bereit, jederzeit durchzustarten“, beschreibt Volker Haucke die Situation. Schaltet die Ampel auf grün, dann verschmelzen die Vesikel mit der Zellmembran, die Neurotransmitter gelangen in den synaptischen Spalt zwischen zwei Nervenzellen und tragen so das Signal weiter. 

Doch Nervenzellen würden bald schlappmachen, gäbe es nicht auch einen Recyclingprozess. Beständig stülpt sich die Zellmembran an den Synapsen auch nach innen ein – bei der sogenannten Endozytose entstehen Vesikel, die in der Synapse erneut mit Neutrotransmittern befüllt werden. Damit dieser Kreislauf koordiniert und reibungslos verläuft, bedarf es einer ganzen Maschinerie aus Proteinen – eines von ihnen ist das Protein GIT1, wie die FMP-Forscher nun nachweisen konnten. 

GIT1 steht im Zusammenhang mit der Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS): Mutationen in dem entsprechenden Gen treten bei den betroffenen Menschen gehäuft auf, und Mäuse mit mutiertem GIT1 zeigen Symptome, die an ADHS erinnern. Die genaue Funktion von GIT1 war allerdings bislang unbekannt. Jasmin Podufall aus der Gruppe von Volker Haucke erzeugte nun in Zusammenarbeit mit dem Labor von Stephan Sigrist von der FU Berlin Fruchtfliegen mit Mutationen im Fliegen-GIT.

Außerdem benutzten die Forscher besonders hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie, um Einblicke in das Innere der Synapsen zu erhaschen. So konnten sie zeigen, dass GIT1 als Teil eines komplizierten Proteingerüsts das rasche Recyling von Vesikeln dirigiert.

„Nervenzellen können auch ohne GIT1 funktionieren, aber die Effizienz der Neurotransmission ist dann gestört, und dadurch werden sie weniger schnell und ausdauernd“, sagt Volker Haucke. Besonders hemmende Nervenzellen müssen oft in hohem Tempo feuern – die Bremse ist im menschlichen Gehirn in mancherlei Hinsicht wichtiger als das Gaspedal. „Wir können nun spekulieren, dass Defekte im Apparat der Vesikelrezyklierung wie z.B. in GIT1 insbesondere die Funktion hemmender Nervenzellen beeinrächtigen und daher zu einem übermäßig erregten Gehirn führen“, sagt Haucke.

Gleichzeitig war die Gruppe der Frage nachgegangen, wie Nervenzellen auch bei besonders hoher Beanspruchung das hohe Tempo aufrechterhalten können. In den letzten vierzig Jahren hatte man ganz unterschiedliche Theorien über den genauen Ablauf der Endozytose an Synapsen entwickelt. Volker Haucke und seine Postdoktorandin Natalia Kononenko stimulierten nun Nervenzellen von Mäusen mit unterschiedlichen Intensitäten und analysierten dann das Vesikel-Recycling mittels fluoreszenzmikroskopischer und elektronenmikroskopischer Aufnahmen. Wie sie in einer parallelen Veröffentlichung im Fachjournal Neuron darlegen, können die Nervenzellen auf zwei unterschiedlichen Wegen Vesikel recyceln. 

Bei geringer Auslastung schnüren sich die Vesikel einzeln von der Außenmembran ein. Bei hohen Intensitäten aber wird quasi ein weiterer Turbo zugeschaltet, es greift dann ein zusätzlicher Satz Proteine ein. Bei der dann ablaufenden schnellen Endozytose ziehen die Nervenzellen auf einen Schlag gleich einen größeren Teil ihrer Membran nach innen, schnüren diese ab und formen und sortieren erst dann im Zellinnern die Vesikel, wofür die Vesikelhüllproteine Clathrin und AP2 benötigt werden.

„Unsere Vorstellungen davon, wie Nervenzellen funktioneren, werden zunehmend präziser“, sagt Volker Haucke. Dabei zeige sich immer wieder, dass sehr viele Komponenten zusammenwirken müssen, von denen manche redundant scheinen oder nur subtile Feinjustierungen bewirken. „Gerade die Feinheiten sind interessant, denn die subtilen Veränderungen können zu neurologischen Erkrankungen wie ADHS, Epilepsie, Schizophrenie oder Alzheimer führen.“ Die einzelnen Komponenten der Synapsen lassen sich inzwischen sogar in kinetischen oder gar molekularen Modellen ausdrücken. „Wir stoßen damit an die Grenzen dessen, was Computer überhaupt berechnen können“, sagt Volker Haucke.

Jasmin Podufall, Rui Tian, Elena Knoche, Dmytro Puchkov, Alexander M. Walter, Stefanie Rosa, Christine Quentin, Anela Vukoja, Nadja Jung, Andre Lampe, Carolin Wichmann, Mathias Böhme, Harald Depner, Yong Q. Zhang, Jan Schmoranzer, Stephan J. Sigrist and Volker Haucke (2014) A presynaptic role for the cytomatrix protein GIT in synaptic vesicle recycling. Cell Reports, doi: 10.1016/j.celrep.2014.04.051. [Epub ahead of print]

Natalia L. Kononenko, Dmytro Puchkov, Gala A. Classen, Alexander M. Walter, Arndt Pechstein, Linda Sawade, Natalie Kaempf, Thorsten Trimbuch, Dorothea Lorenz, Christian Rosenmund, Tanja Maritzen, Volker Haucke: “Clathrin/ AP-2 mediate synaptic vesicle reformation from endosome-like vacuoles but are not essential for membrane retrieval at central synapses”, Neuron, Vol. 82, Issue 5, p981–988 

Weitere Informationen:

http://www.fmp-berlin.de

Silke Oßwald | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Krebsforschung in der Schwerelosigkeit
18.12.2017 | Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

nachricht Von Alaska bis zum Amazonas: Pflanzenmerkmale erstmals kartiert
18.12.2017 | Max-Planck-Institut für Biogeochemie

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: „Carmenes“ findet ersten Planeten

Deutsch-spanisches Forscherteam entwirft, baut und nutzt modernen Spektrografen

Seit Januar 2016 nutzt ein deutsch-spanisches Forscherteam mit Beteiligung der Universität Göttingen den modernen Spektrografen „Carmenes“ für die Suche nach...

Im Focus: Fehlerfrei ins Quantencomputer-Zeitalter

Heute verfügbare Ionenfallen-Technologien eignen sich als Basis für den Bau von großen Quantencomputern. Das zeigen Untersuchungen eines internationalen Forscherteams, deren Ergebnisse nun in der Fachzeitschrift Physical Review X veröffentlicht wurden. Die Wissenschaftler haben für Ionenfallen maßgeschneiderte Protokolle entwickelt, mit denen auftretende Fehler jederzeit entdeckt und korrigiert werden können.

Damit die heute existierenden Prototypen von Quantencomputern ihr volles Potenzial entfalten, müssen sie erstens viel größer werden, d.h. über deutlich mehr...

Im Focus: Error-free into the Quantum Computer Age

A study carried out by an international team of researchers and published in the journal Physical Review X shows that ion-trap technologies available today are suitable for building large-scale quantum computers. The scientists introduce trapped-ion quantum error correction protocols that detect and correct processing errors.

In order to reach their full potential, today’s quantum computer prototypes have to meet specific criteria: First, they have to be made bigger, which means...

Im Focus: Search for planets with Carmenes successful

German and Spanish researchers plan, build and use modern spectrograph

Since 2016, German and Spanish researchers, among them scientists from the University of Göttingen, have been hunting for exoplanets with the “Carmenes”...

Im Focus: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Neue Konfenzreihe in Berlin: Landscape 2018 - Ernährungssicherheit, Klimawandel, Nachhaltigkeit

18.12.2017 | Veranstaltungen

Call for Contributions: Tagung „Lehren und Lernen mit digitalen Medien“

15.12.2017 | Veranstaltungen

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Lipid-Nanodisks stabilisieren fehlgefaltete Proteine für Untersuchungen

18.12.2017 | Biowissenschaften Chemie

Von Alaska bis zum Amazonas: Pflanzenmerkmale erstmals kartiert

18.12.2017 | Biowissenschaften Chemie

Krebsforschung in der Schwerelosigkeit

18.12.2017 | Biowissenschaften Chemie