Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Den Grundlagen des Lernens und Gedächtnisses auf der Spur

20.03.2009
Beim Lernen und Erinnern spielt das Eiweiss Neurotrypsin eine zentrale Rolle. Forschende der Universität Zürich haben jetzt gezeigt, wie im Zusammenspiel zwischen Neurotrypsin und dem Eiweiss Agrin neue Synapsen entstehen können. Ihre Studie über die biochemischen Grundlagen des Lernens erscheint am 20. März 2009 in der renommierten Wissenschaftszeitschrift "Cell".

Professor Peter Sonderegger vom Biochemischen Institut der Universität Zürich beschäftigt sich mit der Frage, wie wir lernen und das Gelernte speichern können. Die Antwort liegt im Verständnis des Phänomens der synaptischen Plastizität.

Nervenzellen tauschen ihre elektrischen Signale an Kontaktstellen, den so genannten Synapsen, aus. Durch die synaptische Signalübertragung zwischen den Nervenzellen entstehen elektrische Schaltkreise, welche die Grundlage liefern für die informationsverarbeitenden Funktionen des Gehirns. Beim Lernen und für die Speicherung des Gelernten werden elektrische Schaltkreise des Gehirns durch verschiedene Prozesse verändert.

Neue Synapsen entstehen

Der Forschungsgruppe um Peter Sonderegger ist es nach 15 Jahren intensiver Forschung gelungen, einen Regulationsmechanismus der synaptischen Plastizität auf biochemischer und struktureller Ebene aufzuklären. So konnten er und seine Mitarbeitenden zeigen, wie das Eiweiss Neurotrypsin dazu beiträgt, dass nach intensiver Aktivierung bestehender Synapsen die Bildung neuer Synapsen eingeleitet wird.

Menschen, denen das Eiweiss Neurotrypsin aufgrund eines genetischen Defekts fehlt, haben zwar normale Organ- und Muskelfunktionen, sind aber geistig schwer behindert. Obwohl ihr Gehirn anatomisch normal aussieht, können diese Menschen weder sprechen noch lesen lernen oder einfache praktische Tätigkeiten ausüben. Diese schwerwiegenden Ausfallerscheinungen zeigen die essentielle Rolle von Neurotrypsin für Lernen und Gedächtnis.

Mechanismus für Langzeitgedächtnis

Die Untersuchungen im Sonderegger-Labor zeigen nun, wie Neurotrypsin seine unentbehrlichen Funktionen entfaltet. Im gesunden Gehirn führt der Impuls einer aktiven Nervenzelle zur Ausschüttung von Neurotrypsin an den Synapsen. Nur wenn auch die nachfolgende Nervenzelle aktiv ist, kann Neurotrypsin mit einem weiteren Eiweiss, dem Agrin, interagieren und es spalten.

Das unter anderem entstehende kurze Agrin-Fragment bewirkt seinerseits die Bildung von so genannten Filopodien. Diese fingerartigen Ausstülpungen der Zelle gelten als Vorläufer von Synapsen. Durch die spezifische Kommunikation zweier aktiver Nachbarzellen werden also an der Synapse biochemische und zelluläre Prozesse in Gang gesetzt, die letztendlich zu neuen Synapsen und damit zu einer strukturellen Veränderung der neuronalen Schaltkreise führen können. Das Neurotrypsin-Agrin-System fungiert dabei quasi als "Koinzidenzdetektor", d.h. es wirkt wie ein Sensor, der die zeitgleiche Aktivität zweier verknüpfter Nervenzellen signalisiert. Vermutlich ist dieser Mechanismus besonders wichtig für die Ausbildung und den Unterhalt von Langzeitgedächtnisleistungen.

Auch in Zukunft wird sich die Gruppe Sonderegger mit dem Phänomen des Lernens und der langzeitigen Speicherung der Gedächtnisinhalte beschäftigen. Sie wird versuchen, den Mechanismus noch detaillierter zu verstehen und weitere Interaktionspartner des Neurotrypsin-Agrin-Systems zu identifizieren. Zudem soll die spezifische Rolle des Neurotrypsin-Agrin-Koinzidenzdetektors für die Stabilisierung von Lerninhalten in verschiedenen Gedächtnissystemen ergründet werden.

Originalbeitrag:
Matsumoto-Miyai, K., Sokolowska, E., Zurlinden, A., Gee, C.E., Lüscher, D., Hettwer, S., Wölfel, J., Ladner, AP., Ster, J., Gerber, U., Rülicke, T., Kunz, B. & Sonderegger, P.: Coincident pre- and postsynaptic activation induces dendritic filopodia via neurotrypsin-dependent agrin cleavage. Cell, März 2009
Kontakt:
Prof. Peter Sonderegger, Biochemisches Institut der Universität Zürich
Tel. 0041 44 63 55541
E-Mail: peter.sonderegger@bioc.uzh.ch

Beat Müller | idw
Weitere Informationen:
http://www.bioc.uzh.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Studien Analysen:

nachricht Erste großangelegte Genomstudie prähistorischer Skelette aus Afrika
27.09.2017 | Max-Planck-Institut für Menschheitsgeschichte / Max Planck Institute for the Science of Human History

nachricht Wie gesund werden wir alt?
18.09.2017 | Medizinische Hochschule Hannover

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: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise