Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Jülicher Forscher untersuchen Ursachen für Farbenblindheit

30.01.2004


Wenn die Welt farblos ist



Nachts sind alle Katzen grau, doch mit der Morgendämmerung werden sie wieder farbig. Für Menschen mit angeborener Farbenblindheit - Achromatopsie - erscheint die Welt immer in Grautönen, ähnlich einem Schwarz-Weiß-Film. Bisher war bekannt, dass Farbenblindheit durch Mutationen in Genen entsteht. Dieses führt zu einer Fehlfunktion in bestimmten Lichtsinneszellen - den Zapfen. Jetzt haben Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich und der Universitäts-Augenklinik Tübingen herausgefunden, dass ein Ionenkanal im Zapfen bei Farbenblinden andere Eigenschaften zeigt als bei Gesunden. Die Forscher vermuten, dass der Einstrom von Kalziumionen durch diesen Kanal in die Zelle gestört ist und deshalb die Zapfen weniger lichtempfindlich sind. Lichtreize können nicht mehr optimal verarbeitet werden. Die Ergebnisse sind in der Januar-Ausgabe des "Journal of Neuroscience" veröffentlicht.



In der Netzhaut des Auges kommen zwei Gruppen von Photorezeptoren vor, die Zapfen und die Stäbchen. Die Zapfen sind für das Sehen bei Tageslicht und für das Farbsehen zuständig. Stäbchen ermöglichen das Sehen in der Dämmerung. Bei Menschen mit Farbenblindheit - nicht zu verwechseln mit der Rot-Grün-Blindheit - arbeiten nur die Stäbchen einwandfrei. Bei Tageslicht offenbart sich die erblich bedingte Sehstörung: Die Betroffenen können keine oder fast keine Farben erkennen, leiden unter mangelnder Sehschärfe und sind extrem blendempfindlich. Für sie ist intensives Licht oft schmerzhaft.

Lichtreize werden im Auge von den Photorezeptoren in elektrische Impulse umgewandelt. Dazu sitzen Ionenkanäle in den Zellmembranen der Zapfen und lassen im geöffneten Zustand Natrium- und Kalziumionen ins Innere der Zellen. Der Kanal wird von einem zellulären Botenstoff gesteuert. Im Dunkeln ist die Konzentration dieses Botenstoffes hoch und die Ionenkanäle sind geöffnet. Im Licht wird der Botenstoff abgebaut, die Ionenkanäle schließen und lassen keine geladenen Teilchen mehr ins Zellinnere. Dadurch ändert sich die elektrische Spannung an der Membran. Die Zapfen wandeln diese Spannungsänderung schließlich in ein chemisches Signal um, das von nachgeschalteten Zellen in der Netzhaut weiterverarbeitet wird.

Die Jülicher Wissenschaftler Dr. Dimitri Tränkner, Dr. Reinhard Seifert und Prof. U. Benjamin Kaupp untersuchten, welche Eigenschaften der Ionenkanal von Farbenblinden hat und wie er sich von dem eines Gesunden unterscheidet. Die Biophysiker vom Institut für Biologische Informationsverarbeitung (IBI 1) befassten sich mit einer besonderen Form der Achromatopsie, die bei zwei Schwestern auftritt. Beide können kräftige, gesättigte Farben gut erkennen und unterscheiden, sie verwechseln jedoch blasse Farben (Pastelltöne).

Die Ionenkanäle in den Zapfen sind aus A- und B- Untereinheiten aufgebaut. Zwei Gene sind für den Bauplan verantwortlich. Achromatopsie entsteht durch Mutationen in diesen Genen. In Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Universitäts-Augenklinik Tübingen gelang es den Jülicher Forschern, die Ionenkanäle der Schwestern nachzubauen. "Dazu haben wir die Gene der gesunden und mutierten Kanäle in Ammenzellen eingeschleust und konnten dort die menschlichen Kanäle sehr genau untersuchen", erläutert Tränkner die Vorgehensweise. "Mit einer feinen Glaspipette habe ich Membranflecken isoliert, welche die Kanäle enthielten, Botenstoff dazugegeben und die elektrischen Ströme gemessen." Die Wissenschaftler bauten zunächst funktionsfähige Ionenkanäle nur aus mutierten A-Untereinheiten auf. Diese besaßen stark veränderte Eigenschaften gegenüber gesunden Kanälen. Im nächsten Schritt gaben die Wissenschaftler die B-Untereinheit dazu. Bis auf eine Ausnahme wurden nun alle veränderten Eigenschaften durch diesen Baustein wieder aufgehoben. "Das Ergebnis hat uns überrascht", erklärt Dimitri Tränkner. "Umso mehr, da sich der Kanal aus drei mutierten A-Untereinheiten und nur einer gesunden B-Untereinheit zusammensetzt. Das erklärt jedoch, warum die beiden Schwestern nur an einer milden Ausprägung der Farbenblindheit leiden."

Der Ionenkanal aus den Patienten unterschied sich von dem Gesunder nur noch durch eine geringere Bindungsstärke für Kalziumionen. Die Kalziumionen konnten den Ionenkanal schneller passieren, so dass der Ionenstrom größer war als in normalen Kanälen. "Wir haben dann diskutiert, welche Auswirkungen diese Eigenschaft für Zapfen haben könnte", erläutert der Biologe. Kalzium ist wichtig für die Sinneszellen, weil es die Lichtempfindlichkeit reguliert. Durch diese veränderte Eigenschaft des Ionenkanals ist der Kalzium-Haushalt in der Zelle gestört. Außerdem kommt es zu größeren Stromschwankungen in den Zapfen der Patienten. Um dieses Stromrauschen zu überwinden, sind höhere Lichtreize nötig, um die Sehzellen zu erregen. Die Zapfen benötigen mehr Licht und eine höhere Farbintensität, um Farbkontraste entstehen zu lassen. "Das könnte erklären, warum die Schwestern nur gesättigte Farben unterscheiden und zuordnen können", fasst Dimitri Tränkner die Überlegungen zusammen.

Peter Schäfer | idw
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de/portal/angebote/pressemitteilungen

Weitere Berichte zu: Botenstoff Farbenblindheit Gen Ionenkanal Kalziumion Kanal

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Studien Analysen:

nachricht Klimawandel: ungeahnte Rolle der Bodenerosion
11.04.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Europaweite Studie zu „Smart Engineering“
30.03.2017 | IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Studien Analysen >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Ballungsräume Europas

26.04.2017 | Veranstaltungen

200 Weltneuheiten beim Innovationstag Mittelstand in Berlin

26.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Wie digitale Technik die Patientenversorgung verändert

26.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Akute Myeloische Leukämie: Ulmer erforschen bisher unbekannten Mechanismus der Blutkrebsentstehung

26.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Naturkatastrophen kosten Winzer jährlich Milliarden

26.04.2017 | Interdisziplinäre Forschung

Zusammenhang zwischen Immunsystem, Hirnstruktur und Gedächtnis entdeckt

26.04.2017 | Biowissenschaften Chemie