Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nervensystem: Die räumliche Organisation einer Nervenzelle beeinflusst den Abbau ihrer Fortsätze

26.06.2018

Entwickelt sich das Nervensystem, bauen sich unspezifische Verknüpfungen von Nervenzellen ab. Forscher des Exzellenzclusters „Cells in Motion“ haben herausgefunden: Die räumliche Organisation einer Nervenzelle beeinflusst den Abbau ihrer Zellfortsätze. Die Studie ist in „Development“ erschienen.

Entwickelt sich das menschliche Nervensystem, verknüpfen sich Milliarden von Nervenzellen, um miteinander zu kommunizieren. Dazu dienen ihnen ihre charakteristischen langen Fortsätze – die Axone und Dendriten. Falsch verknüpfte Fortsätze oder solche, die keine Funktion mehr haben, bauen sich allerdings im Laufe der Entwicklung wieder ab – wobei sich nur der Teil eines Fortsatzes zurückbildet, der nicht mehr benötigt wird.


Li.: Mikrotubuli (grün) in den Dendriten von Nervenzellen zerfallen nah am Zellkörper (Punkt in der Mitte). Re.: Sind sie in ihrer polaren Ausrichtung verändert, bauen sie sich nicht mehr richtig ab.

Foto: S. Herzmann et al./Development

Aber wie bestimmen Nervenzellen, welcher Teil von Axonen oder Dendriten abgebaut werden soll und welcher erhalten bleibt? Forscherinnen und Forscher des Exzellenzclusters „Cells in Motion“ der Universität Münster haben nun erstmals einen Zusammenhang zwischen der räumlichen Organisation einer Nervenzelle und dem Abbau ihrer Fortsätze entdeckt. Sie untersuchten in Fruchtfliegen, wie bestimmte Nervenzellen während der Entwicklung ihre Dendriten abbauen und fanden heraus: Die Art und Weise, wie Bestandteile des Zellskeletts in den Dendriten angeordnet sind, beeinflusst, in welche Richtung diese abbrechen.

„Zum ersten Mal haben wir Hinweise darauf, wie der Abbauprozess der Nervenzellfortsätze räumlich reguliert wird“, sagt Dr. Sebastian Rumpf, Nachwuchsgruppenleiter am Exzellenzcluster und Leiter der Studie. Die Ergebnisse sollen langfristig dazu beitragen, besser zu verstehen, wie sich das Nervensystem entwickelt und sich Nervenbahnen im Gehirn korrekt miteinander verknüpfen. Die Studie ist in der Fachzeitschrift „Development“ erschienen.

Die Geschichte im Detail:

„Pruning“. Das ist der Fachbegriff, den Wissenschaftler für den Abbau von Nervenzellfortsätzen nutzen – und das große Forschungsinteresse der Biologinnen und Biologen um Sebastian Rumpf, die diesen Prozess in der Fruchtfliege Drosophila melanogaster untersuchen. Bereits in einer früheren Studie hatte die Forschergruppe herausgefunden, dass Bestandteilen des Zellskeletts, den röhrenförmigen Mikrotubuli, eine Schlüsselfunktion beim Pruning zukommt. „Sie fallen auseinander, wodurch sich dann auch die Dendriten abbauen. Dieser Prozess wird initiiert durch ein Signalprotein, das wir im vergangenen Jahr entdeckt haben“, erklärt Dr. Svende Herzmann, Erstautorin der vorherigen und auch der aktuellen Studie. „Nun wollten wir wissen, welche räumlichen Aspekte innerhalb der Zelle dabei eine Rolle spielen.“

Blick auf die räumliche Organisation einer Nervenzelle

Um das herauszufinden, markierten die Forscher die Mikrotubuli in den Dendriten von Fruchtfliegenlarven mit fluoreszierenden Farbstoffen und machten diese mithilfe der Konfokalmikroskopie sichtbar. Dann verfolgten sie das Verhalten der Mikrotubuli über die Zeit. „Wir beobachteten, dass die Mikrotubuli an den Verästelungspunkten der Dendriten nah am Zellkörper der Nervenzellen besonders empfindlich sind und dort zuerst zerfallen“, sagt Sebastian Rumpf. Diese Lücken weiteten sich in Richtung der seitlichen Äste aus – korrelierend mit der Abbaurichtung der Dendriten selbst.

„Wir fragten uns, ob die räumliche Ausrichtung der Mikrotubuli damit zusammenhängen könnte“, sagt Svende Herzmann. Mikrotubuli sind nämlich polar: Jede einzelne dieser „Röhren“ hat immer ein Plus- und ein Minusende. Aus früheren Studien weiß man: Die Plusenden in den Dendriten sind immer zum Zellkörper hin ausgerichtet. In Axonen verhält sich das hingegen genau andersherum – und interessanterweise bauen sich diese Zellfortsätze auch andersherum als Dendriten ab: Sie zerfallen zuerst an den Regionen fern vom Zellkörper.

Die Wissenschaftler schalteten ein wichtiges Motorprotein, das Kinesin, genetisch aus und konnten so die ursprünglich korrekte Ausrichtung der Mikrotubuli in den Nervenzellen von Fruchtfliegenlarven verändern. Sie sahen sich diese unter dem Mikroskop an und stellten fest, dass nun der Abbau der Dendriten nicht mehr richtig funktionierte. „Es gibt also eine Korrelation zwischen der räumlichen Organisation der Zelle und dem Pruning“, sagt Sebastian Rumpf. „Das ist eine extrem spannende Hypothese, die wir in weiteren Studien aber festigen müssen.“ In nächsten Schritten wollen sich die Wissenschaftler mithilfe hochauflösender Mikroskopie die besonderen Vorgänge an den Verästelungspunkten noch detaillierter ansehen und so noch mehr über die Mechanismen herausfinden, die den Abbau der Nervenzellfortsätze regulieren.

Förderung:

Die Studie erhielt finanzielle Unterstützung durch den Exzellenzcluster „Cells in Motion“ der Universität Münster, gefördert im Rahmen der Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder.

Originalpublikation:

Herzmann S, Gotzelmann I, Reekers L-F, Rumpf S. Spatial regulation of microtubule disruption during dendrite pruning in Drosophila. Development 2018;145. DOI: 10.1242/dev.156950

Detailierte Informationen zur Abbildung:

Mikrotubuli (grün) in den Dendriten von Nervenzellen von Fruchtfliegenlarven. Links: Beim Pruning zerfallen die Mikrotubuli zunächst in den Dendriten nah am Zellkörper (dicker Punkt in der Mitte) – es entstehen Lücken. Rechts: Verändert man Mikrotubuli in ihrer polaren Ausrichtung, bauen sie sich nicht mehr richtig ab: Sie sind noch durchgängig zu sehen.

Weitere Informationen:

https://www.uni-muenster.de/Cells-in-Motion/de/people/all/rumpf-s.php Dr. Sebastian Rumpf
https://www.uni-muenster.de/Cells-in-Motion/de/newsviews/2017/05-29.html Die Vorgeschichte: Ein Protein reguliert, dass sich Nervenfortsätze abbauen
https://www.uni-muenster.de/Cells-in-Motion/de/newsviews/2018/04-23.html Wie bauen sich Nervenzellfortsätze ab? – Gastbeitrag von Dr. Svende Herzmann

Svenja Ronge | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Sich vermehren oder sich nicht vermehren
22.03.2019 | Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik

nachricht Ketten aus Stickstoff direkt erzeugt
22.03.2019 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

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: Die Zähmung der Lichtschraube

Wissenschaftler vom DESY und MPSD erzeugen in Festkörpern hohe-Harmonische Lichtpulse mit geregeltem Polarisationszustand, indem sie sich die Kristallsymmetrie und attosekundenschnelle Elektronendynamik zunutze machen. Die neu etablierte Technik könnte faszinierende Anwendungen in der ultraschnellen Petahertz-Elektronik und in spektroskopischen Untersuchungen neuartiger Quantenmaterialien finden.

Der nichtlineare Prozess der Erzeugung hoher Harmonischer (HHG) in Gasen ist einer der Grundsteine der Attosekundenwissenschaft (eine Attosekunde ist ein...

Im Focus: The taming of the light screw

DESY and MPSD scientists create high-order harmonics from solids with controlled polarization states, taking advantage of both crystal symmetry and attosecond electronic dynamics. The newly demonstrated technique might find intriguing applications in petahertz electronics and for spectroscopic studies of novel quantum materials.

The nonlinear process of high-order harmonic generation (HHG) in gases is one of the cornerstones of attosecond science (an attosecond is a billionth of a...

Im Focus: Magnetische Mikroboote

Nano- und Mikrotechnologie sind nicht nur für medizinische Anwendungen wie in der Wirkstofffreisetzung vielversprechende Kandidaten, sondern auch für die Entwicklung kleiner Roboter oder flexibler integrierter Sensoren. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) haben mit einer neu entwickelten Methode magnetische Mikropartikel hergestellt, die den Weg für den Bau von Mikromotoren oder die Zielführung von Medikamenten im menschlichen Körper, wie z.B. zu einem Tumor, ebnen könnten. Die Herstellung solcher Strukturen sowie deren Bewegung kann einfach durch Magnetfelder gesteuert werden und findet daher Anwendung in einer Vielzahl von Bereichen.

Die magnetischen Eigenschaften eines Materials bestimmen, wie dieses Material auf das Vorhandensein eines Magnetfeldes reagiert. Eisenoxid ist der...

Im Focus: Magnetic micro-boats

Nano- and microtechnology are promising candidates not only for medical applications such as drug delivery but also for the creation of little robots or flexible integrated sensors. Scientists from the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) have created magnetic microparticles, with a newly developed method, that could pave the way for building micro-motors or guiding drugs in the human body to a target, like a tumor. The preparation of such structures as well as their remote-control can be regulated using magnetic fields and therefore can find application in an array of domains.

The magnetic properties of a material control how this material responds to the presence of a magnetic field. Iron oxide is the main component of rust but also...

Im Focus: Goldkugel im goldenen Käfig

„Goldenes Fulleren“: Liganden-geschützter Nanocluster aus 32 Goldatomen

Forschern ist es gelungen, eine winzige Struktur aus 32 Goldatomen zu synthetisieren. Dieser Nanocluster hat einen Kern aus 12 Goldatomen, der von einer Schale...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Größte nationale Tagung 2019 für Nuklearmedizin in Bremen

21.03.2019 | Veranstaltungen

6. Magdeburger Brand- und Explosionsschutztage vom 25. bis 26.3. 2019

21.03.2019 | Veranstaltungen

Teilchenphysik trifft Didaktik und künstliche Intelligenz in Aachen

20.03.2019 | Veranstaltungen

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

Die Zähmung der Lichtschraube

22.03.2019 | Physik Astronomie

Saarbrücker Forscher erleichtern durch Open Source-Software den Durchblick bei Massen-Sensordaten

22.03.2019 | HANNOVER MESSE

Ketten aus Stickstoff direkt erzeugt

22.03.2019 | Biowissenschaften Chemie

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