Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Rezeptorsignale in Nervenzellen steuern und sichtbar machen

14.02.2019

Mit einem neuen optogenetischen Werkzeug ist es Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern gelungen, die Signale von Serotoninrezeptoren in Nervenzellen zu steuern, nachzuahmen und sichtbar zu machen. Sie modifizierten einen lichtempfindlichen Membranrezeptor aus dem Auge namens Melanopsin. Anschließend konnte dieser durch Licht an- und ausgeschaltet werden und über Fluoreszenz anzeigen, ob bestimmte Signalwege in der Zelle aktiviert worden waren. Der Sensor war des Weiteren so designt, dass er gezielt an die Stellen der Nervenzellen wanderte, die empfänglich für den Botenstoff Serotonin sind.

Die Arbeiten beschreibt das Team der Ruhr-Universität Bochum um Dennis Eickelbeck und Prof. Dr. Stefan Herlitze in der Zeitschrift Nature Communications Biology vom 14. Februar 2019.


Dennis Eickelbeck (links) und Stefan Herlitze bringen Zellen zum Leuchten – mit der sogenannten Optogenetik.

© RUB, Marquard (Dieses Foto darf nur für eine Berichterstattung mit Bezug zur Ruhr-Universität Bochum im Kontext dieser Presseinformation verwendet werden.)

Signalwege mit Licht aktivieren

Bei Melanospin handelt es sich um einen G-Protein-gekoppelten Rezeptor, der in Zellen bestimmte Signalwege steuern kann. Bereits in früheren Studien hatte das Bochumer Team vom Lehrstuhl für Allgemeine Zoologie und Neurobiologie den Rezeptor als optogenetisches Werkzeug eingesetzt.

Die Biologen hatten den Rezeptor so verändert, dass er sich mit blauem Licht an- und mit gelbem Licht ausschalten ließ. Auf diese Weise konnten sie verschiedene G-Protein-gekoppelte Signalwege in Nervenzellen mit Licht aktivieren.

In der aktuellen Studie entwickelten die Forscherinnen und Forscher das Werkzeug zu einem Sensor weiter, der anzeigt, ob ein G-Protein-gekoppelter Signalweg angeschaltet wurde. Der Trick: Ist ein solcher Signalweg aktiviert, steigt die Konzentration von Calcium-Ionen in der Zelle.

Die Wissenschaftler verschmolzen das Melanopsin mit einem Calcium-Indikator-Protein, welches umso stärker grün fluoresziert, je höher die Calcium-Konzentration in der Zelle ist. Ein grünes Leuchten zeigte somit die Aktivierung eines G-Protein-gekoppelten Signalwegs an.

Doppelter Farbcode

Dann erweiterten die Biologen ihren Sensor – den Calcium-Melanopsin-lokal-Sensor, kurz Camello – noch um zwei weitere Funktionen. Sie bauten ein zweites Fluoreszenzprotein ein, das dauerhaft rot leuchtet. Anhand des roten Leuchtens konnten sie den Sensor in den Zellen lokalisieren, und zwar unabhängig davon, ob ein Signalweg angeschaltet war oder nicht. Ein rotes Leuchten bedeutete somit, dass der Camello-Sensor anwesend war, ein zusätzliches grünes Leuchten, dass er Signalwege aktiviert hatte.

Rezeptor an bestimmte Bereiche transportieren

Zuletzt fügten die Forscher ein Fragment eines Serotoninrezeptors zu Camello hinzu. Das sorgte dafür, dass der Sensor genau in die Bereiche der Zelle transportiert wurde, wo natürlicherweise Serotoninrezeptoren vorkommen.

„Serotonin ist im Zentralnervensystem an vielen Prozessen beteiligt und somit auch in die Entstehung vieler Krankheiten involviert, etwa Depressionen, Schizophrenie, Angststörungen oder Migräne. Wir hoffen, dass unser Werkzeug künftig dazu beitragen kann, den Transport, die Lokalisation und die Aktivität beteiligter Rezeptoren genauer zu untersuchen, und es uns dadurch erlaubt wird, die zugrunde liegenden Mechanismen hinter diesen Krankheiten besser zu verstehen“, sagt Dennis Eickelbeck.

Kooperationspartner

Für die Studie kooperierte der Lehrstuhl für Allgemeine Zoologie und Neurobiologie mit Kolleginnen und Kollegen der Arbeitsgruppe für Entwicklungsneurobiologie, des Instituts für Neuroinformatik und des Lehrstuhls für Biophysik der Ruhr-Universität Bochum.

Förderung

Die Arbeiten wurden unterstützt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft durch die Projekte He2471/23-1, He2471/21-1 und He2471/19-1, das Schwerpunktprogramm SPP1926, die Sonderforschungsbereiche SFB 874 (Projektnummer 122679504) und SFB 1280 (Projektnummer 316803389) und das Projekt Ma5806/2-1. Weitere Unterstützung kam von der Schram-Stiftung, der Studienstiftung des deutschen Volkes, der Friedrich-Ebert-Stiftung und der Wilhelm-und-Günter-Esser-Stiftung.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dennis Eickelbeck
Lehrstuhl für Allgemeine Zoologie und Neurobiologie
Fakultät für Biologie und Biotechnologie
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: 0234 32 27246
E-Mail: dennis.eickelbeck@rub.de

Prof. Dr. Stefan Herlitze
Lehrstuhl für Allgemeine Zoologie und Neurobiologie
Fakultät für Biologie und Biotechnologie
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: 0234 32 24363
E-Mail: stefan.herlitze@rub.de

Originalpublikation:

Dennis Eickelbeck et al.: CaMello-XR enables visualization and optogenetic control of Gq/11 signals and receptor trafficking in GPCR-specific domains, in: Nature Communications Biology, 2019, DOI: 10.1038/s42003-019-0292-y

Dr. Julia Weiler | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/

Weitere Berichte zu: Nature Communications Neurobiologie Rezeptor Sensor Signalweg Zelle

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