Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Moleküle per Handschlag begrüßen

09.02.2006


Nervenzellen können bis zu 200 Mal in einer Sekunde feuern - wie diese Ausdauerleistung im Einzelnen zustande kommt, erforscht ein Team am Institut für Chemie und Biochemie der Freien Universität Berlin


Nervenzellen unter dem Fluoreszenzmikroskop. Über vielzählige Kontaktstellen (Synapsen; in grün) senden sie Botschaften zu ihren Nachbarzellen. (c) V. Haucke / Freie Universität Berlin



Es klingt noch immer wie ein wenig wie Science Fiction: Ein Forscher möchte wissen, was im Inneren des Menschen vor sich geht, und dafür blickt er einfach mit einem wundersamen Gerät in dessen Körper. Er durchleuchtet die Zellen, zoomt einzelne Moleküle heran und beobachtet ihre Bewegungen. Tatsächlich ist der Forscheralltag der Utopie schon verblüffend nahe gekommen. Wenn Volker Haucke in einem Kellerraum des Instituts für Chemie und Biochemie an der Freien Universität Berlin in sein Fluoreszenz-Mikroskop blickt, dann kann er das molekulare Geschehen in lebenden Zellen beobachten: "Wir können die Moleküle quasi mit Handschlag begrüßen", so beschreibt der Zellbiologe seine Forschung. Der Trick besteht darin, bestimmte Moleküle gezielt mit einem fluoreszierenden Farbstoff zu markieren, der sie in ihrer normalen Funktion aber keineswegs behindert. Bestrahlt man dann Zellen, die in einer Nährlösung schwimmen, mit Licht einer bestimmten Wellenlänge, dann leuchten die Moleküle auf und senden Licht von einer anderen Farbe zurück.



Die Mikroskope sind inzwischen so empfindlich, dass die besten unter ihnen auf diese Weise sogar einzelne Moleküle erspähen können. Selbst Filmaufnahmen sind mit der Technik möglich. Die Geräte ermöglichen den Blick auf ein Gewimmel von Tausenden verschiedener Eiweißstoffe - jeder einzelne hat seine lebenswichtige Aufgabe in der komplizierten chemischen Choreographie der Zellen, die ganze Organismen und letztlich denkende, fühlende Wesen entstehen lässt. Haucke hat mit seinem jungen Team auf diese Weise gerade einen neuen Akteur entdeckt: Das Molekül "Stonin 2" trägt dazu bei, dass Nervenzellen dauerhaft Reize weiterleiten können, ohne bei längerer Beanspruchung zu ermüden. Ein ähnliches Molekül kennt man bereits bei Fruchtfliegen - wenn bei ihnen das Eiweißmolekül "Stoned" durch eine Mutation defekt ist, dann erstarren die Fliegen unter bestimmten Bedingungen wie versteinert.

Stonin 2 findet man beim Menschen vor allem im Gehirn und dort gehäuft im Hippocampus, einer Hirnregion, die für Lernen und Gedächtnis zuständig ist. Was das Molekül dort aber genau bewirkt, war bislang unklar. Jetzt ist Volker Haucke in Zusammenarbeit mit Jürgen Klingauf vom Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie in Göttingen der entscheidende Schnappschuss gelungen, und er hat damit Licht in einen bislang noch nicht genau verstandenen Vorgang bei der Entstehung von Nervenimpulsen gebracht.

Jede der hundert Billionen Nervenzellen des Gehirns bildet an bis zu 10.000 Stellen Kontakte zu anderen Zellen aus. An diesen Kontaktstellen, den Synapsen, berühren sich die Zellen beinahe, aber nicht ganz - zwischen ihnen bleibt ein winziger Spalt. Ein ankommendes elektrisches Signal muss hier in eine chemische Botschaft übersetzt werden. Die Nervenzelle schüttet Neurotransmitter aus, die von den Nachbarzellen erkannt werden. Die Botenstoffe befinden sich zunächst in winzige Bläschen verpackt im Inneren der Zelle. Bei einem Signal verschmelzen die Bläschen mit der Außenhaut der Zelle und stülpen gleichsam ihr Inneres nach außen. Diese Verschmelzung wird unter anderem durch ein Eiweißmolekül namens Synaptotagmin vermittelt, das in der hauchdünnen Membran sitzt, aus der die Bläschen gebildet sind. Das Problem dabei: Nervenzellen können im Abstand von fünf Millisekunden Signale senden, und jedes Mal läuft der gleiche Prozess aufs Neue ab. Schon bald wären alle mit Neurotransmittern gefüllten Bläschen erschöpft.

Die Lösung besteht in einem flotten Recycling-Prozess: Im gleichen Maße wie die Bläschen aus dem Inneren der Zelle mit der Zellmembran verschmelzen, so schnüren sie sich auch wieder ab, wandern zurück und werden neu befüllt. Praktisch dabei ist, dass auch das nötige Synaptotagmin dabei wieder eingesammelt wird, und an dieser Stelle kommt der von Haucke entdeckte Einsatz des Stonin 2. Im Inneren der Zelle bindet es gezielt an das in der Außenhaut gestrandete Synaptotagmin und beschleunigt damit den Recyclingprozess. "Der ganze Kreislauf dauert nicht länger als 60 Sekunden", so Haucke, "wir betrachten da ein Fließgleichgewicht, das schnell und dabei hochselektiv arbeitet." Als nächstes möchte Haucke herausfinden, welche Rolle Stonin 2 beim Denken spielt. Ohne Synaptotagmin können Säugetiere nicht überleben, und selbst kleine Defekte können beim Menschen schon zu motorischen Störungen oder Schizophrenie führen. Die Rolle von Stonin 2 scheint subtiler. "Vielleicht wäre ein menschliches Gehirn ohne Stonin 2 bei intensiven Reizen schneller überlastet, vielleicht gäbe es auch epileptische Anfälle", spekuliert Haucke. Das Rätsel der höheren Denkvorgänge ist ein noch lange nicht gelöstes Puzzle - mit Stonin 2 sind die Forscher auf ihrem langen Weg aber einen Schritt vorangekommen.

Literatur:
M. K. Diril, M. Wienisch, N. Jung, J. Klingauf, V. Haucke: "Stonin 2 is an AP-2-dependent endocytic sorting adaptor for synaptotagmin internalization", in Dev. Cell 10 (Feb 2006), S. 233-244

Weitere Informationen erteilt Ihnen gern:
Prof. Dr. Volker Haucke, Institut für Chemie der Freien Universität Berlin, Tel.: 030 / 838-56922, E-Mail: vhaucke@chemie.fu-berlin.de

Ilka Seer | idw
Weitere Informationen:
http://www.fu-berlin.de

Weitere Berichte zu: Bläschen Molekül Nervenzelle Synaptotagmin Zelle

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Experimentelles Tumormodell offenbart neue Ansätze für die Immuntherapie bei Glioblastom-Patienten
18.02.2020 | Universitätsmedizin Mannheim

nachricht Kleber für gebrochene Herzen
18.02.2020 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

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: Lichtpulse bewegen Spins von Atom zu Atom

Forscher des Max-Born-Instituts für Nichtlineare Optik und Kurzpulsspektroskopie (MBI) und des Max-Planck-Instituts für Mikrostrukturphysik haben durch die Kombination von Experiment und Theorie die Frage gelöst, wie Laserpulse die Magnetisierung durch ultraschnellen Elektronentransfer zwischen verschiedenen Atomen manipulieren können.

Wenige nanometerdünne Filme aus magnetischen Materialien sind ideale Testobjekte, um grundlegende Fragestellungen des Magnetismus zu untersuchen. Darüber...

Im Focus: Freiburg researcher investigate the origins of surface texture

Most natural and artificial surfaces are rough: metals and even glasses that appear smooth to the naked eye can look like jagged mountain ranges under the microscope. There is currently no uniform theory about the origin of this roughness despite it being observed on all scales, from the atomic to the tectonic. Scientists suspect that the rough surface is formed by irreversible plastic deformation that occurs in many processes of mechanical machining of components such as milling.

Prof. Dr. Lars Pastewka from the Simulation group at the Department of Microsystems Engineering at the University of Freiburg and his team have simulated such...

Im Focus: Transparente menschliche Organe ermöglichen dreidimensionale Kartierungen auf Zellebene

Erstmals gelang es Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, intakte menschliche Organe durchsichtig zu machen. Mittels mikroskopischer Bildgebung konnten sie die zugrunde liegenden komplexen Strukturen der durchsichtigen Organe auf zellulärer Ebene sichtbar machen. Solche strukturellen Kartierungen von Organen bergen das Potenzial, künftig als Vorlage für 3D-Bioprinting-Technologien zum Einsatz zu kommen. Das wäre ein wichtiger Schritt, um in Zukunft künstliche Alternativen als Ersatz für benötigte Spenderorgane erzeugen zu können. Dies sind die Ergebnisse des Helmholtz Zentrums München, der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) und der Technischen Universität München (TUM).

In der biomedizinischen Forschung gilt „seeing is believing“. Die Entschlüsselung der strukturellen Komplexität menschlicher Organe war schon immer eine große...

Im Focus: Skyrmions like it hot: Spin structures are controllable even at high temperatures

Investigation of the temperature dependence of the skyrmion Hall effect reveals further insights into possible new data storage devices

The joint research project of Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) and the Massachusetts Institute of Technology (MIT) that had previously demonstrated...

Im Focus: Skyrmionen mögen es heiß – Spinstrukturen auch bei hohen Temperaturen steuerbar

Neue Spinstrukturen für zukünftige Magnetspeicher: Die Untersuchung der Temperaturabhängigkeit des Skyrmion-Hall-Effekts liefert weitere Einblicke in mögliche neue Datenspeichergeräte

Ein gemeinsames Forschungsprojekt der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und des Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat einen weiteren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Chemnitzer Linux-Tage am 14. und 15. März 2020: „Mach es einfach!“

12.02.2020 | Veranstaltungen

4. Fachtagung Fahrzeugklimatisierung am 13.-14. Mai 2020 in Stuttgart

10.02.2020 | Veranstaltungen

Alternative Antriebskonzepte, technische Innovationen und Brandschutz im Schienenfahrzeugbau

07.02.2020 | Veranstaltungen

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

Höhere Treibhausgasemissionen durch schnelles Auftauen des Permafrostes

18.02.2020 | Geowissenschaften

Supermagnete aus dem 3D-Drucker

18.02.2020 | Maschinenbau

Warum Lebewesen schrumpfen

18.02.2020 | Geowissenschaften

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