Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Was du heute kannst besorgen – Zwischenablage im Gehirn spart Zeit

22.12.2016

Nervenzellen im Gehirn legen einen Vorrat an DNA-Kopien an, um schneller auf Reize reagieren zu können. Diese Zwischenablage beschleunigt die Herstellung von Proteinen immens – ein Grund dafür, warum sich Nervenzellen des Gehirns bei Lernprozessen so schnell anpassen können. Die Ergebnisse der Studie einer Forschungsgruppe am Biozentrum der Universität Basel sind in der aktuellen Ausgabe des Fachjournals «Neuron» veröffentlicht.

Unser Gehirn ist nicht nur das komplexeste Organ des menschlichen Körpers, es ist zugleich das flexibelste. Doch wie schaffen es Nervenzellen im Gehirn innerhalb kürzester Zeit auf einen Reiz zu reagieren und ihre Funktion anzupassen?


Ein Vorrat an RNA-Molekülen ermöglicht dem Gehirn schnell auf neuronale Reize zu reagieren.

Bild: Universität Basel, Biozentrum

Die Forschungsgruppe von Prof. Peter Scheiffele am Biozentrum der Universität Basel konnte nun zeigen, dass Nervenzellen einen Vorrat an RNA-Molekülen, Kopien der DNA, im Zellkern anlegen. Diese bilden den Bauplan für neue Proteine. Trifft ein neuronaler Reiz auf die gelagerten RNA-Moleküle, werden sie mobilisiert, um die Funktion der Nervenzellen anzupassen.

Da das Kopieren der DNA, das insbesondere bei grossen Genen sehr langsam ist, bereits im Vorfeld durchgeführt wird, spart der neu entdeckte Mechanismus immens Zeit. Er liefert zudem eine Erklärung dafür, warum das Gehirn bei Lernprozessen so schnell reagieren kann.

Zwischenablage für RNA-Moleküle

Der Bauplan für Proteine entsteht durch einen ausgefeilten Kopierprozess: Zunächst werden die Basisinformationen der DNA dupliziert. Aus der Kopie, der RNA, werden anschliessend einzelne Abschnitte, sogenannte Introns, herausgeschnitten, so dass ein präziser Bauplan für die Produktion eines bestimmten Proteins entsteht. Diesen Prozess nennt man RNA-Spleissen.

Bisher nahm man an, dass neuronale Reize die komplette Neuproduktion von RNA-Molekülen in Gang setzten. Das Team von Peter Scheiffele fand jedoch nun heraus, dass Nervenzellen im Gehirn bestimmte RNA-Kopien vorproduzieren und diese teilweise spleissen. Diese halbfertigen RNA-Moleküle enthalten einzelne Introns und werden im Zellkern in einer Zwischenablage gespeichert. Kommt ein Signal für die Produktion eines neuen Proteins, wird das Spleissen bei den halbfertigen RNA-Molekülen vollendet und der Bauplan so vervollständigt.

«Das Kopieren des Originals, der DNA, der sogenannte Transkriptionsprozess, wird von den Nervenzellen also bereits im Vorfeld erledigt. So können reife RNA-Moleküle innerhalb von Minuten fertiggestellt werden», erklärt Oriane Mauger, Erstautorin der Studie.

Kopien parat – Zeit gespart

Für grosse Gene würde der Prozess vom Signal bis zur Fertigstellung eines Proteins zehn bis zwanzig Stunden in Anspruch nehmen. «Dadurch, dass die RNA-Moleküle bereits in einer Rohform vorliegen, die nur noch vervollständigt werden muss, verkürzt sich das Ganze auf fünf Minuten», so Mauger. «Da die Transkription, also das Kopieren der DNA, die meiste Zeit benötigt, bedeutet die Zwischenablage von RNA-Kopien eine deutliche Zeitersparnis. Nervenzellen können ihre Funktionen so besonders schnell anpassen.»

«Für uns hat diese Studie einen völlig neuen Regulationsmechanismus offenbart», sagt Scheiffele. «Die Ergebnisse liefern uns eine weitere Erklärung dafür, wie Nervenzellen insbesondere schnelle plastische Veränderungen steuern können.»

Originalbeitrag

Oriane Mauger, Frédéric Lemoine, and Peter Scheiffele
Targeted Intron Retention and Excision for Rapid Gene Regulation in Response to Neuronal Activity
Neuron (2016), doi: 10.1016/j.neuron.2016.11.032

Weitere Auskünfte

Prof. Dr. Peter Scheiffele, Universität Basel, Biozentrum, Tel. +41 61 207 21 94, E-Mail: peter.scheiffele@unibas.ch

Heike Sacher, Universität Basel, Biozentrum, Kommunikation, Tel. +41 61 207 14 49, E-Mail: heike.sacher@unibas.ch

Heike Sacher | Universität Basel
Weitere Informationen:
http://www.unibas.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Klimafolgenforschung in Hannover: Kleine Pflanzen gegen große Wellen
17.08.2018 | Leibniz Universität Hannover

nachricht Forschende entschlüsseln das Alter feiner Baumwurzeln
17.08.2018 | Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL

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: Farbeffekte durch transparente Nanostrukturen aus dem 3D-Drucker

Neues Design-Tool erstellt automatisch 3D-Druckvorlagen für Nanostrukturen zur Erzeugung benutzerdefinierter Farben | Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse diese Woche auf der angesehenen SIGGRAPH-Konferenz

Die meisten Objekte im Alltag sind mit Hilfe von Pigmenten gefärbt, doch dies hat einige Nachteile: Die Farben können verblassen, künstliche Pigmente sind oft...

Im Focus: Color effects from transparent 3D-printed nanostructures

New design tool automatically creates nanostructure 3D-print templates for user-given colors
Scientists present work at prestigious SIGGRAPH conference

Most of the objects we see are colored by pigments, but using pigments has disadvantages: such colors can fade, industrial pigments are often toxic, and...

Im Focus: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Im Focus: Magnetische Antiteilchen eröffnen neue Horizonte für die Informationstechnologie

Computersimulationen zeigen neues Verhalten von Antiskyrmionen bei zunehmenden elektrischen Strömen

Skyrmionen sind magnetische Nanopartikel, die als vielversprechende Kandidaten für neue Technologien zur Datenspeicherung und Informationsverarbeitung gelten....

Im Focus: Unraveling the nature of 'whistlers' from space in the lab

A new study sheds light on how ultralow frequency radio waves and plasmas interact

Scientists at the University of California, Los Angeles present new research on a curious cosmic phenomenon known as "whistlers" -- very low frequency packets...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

LaserForum 2018 thematisiert die 3D-Fertigung von Komponenten

17.08.2018 | Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2018

16.08.2018 | Veranstaltungen

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

Bionik im Leichtbau

17.08.2018 | Verfahrenstechnologie

Klimafolgenforschung in Hannover: Kleine Pflanzen gegen große Wellen

17.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

HAWK-Ingenieurinnen und -Ingenieure entwickeln die leichteste 9to-LKW-Achse ihrer Art

17.08.2018 | Messenachrichten

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