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Forscher beobachten kleinste Strukturen der Synapse im lebenden Organismus

Dienstag, 13. Mai 2008

Würzburg/Göttingen/Leipzig – Der Umbau einzelner Proteine ist ein grundlegender Schritt bei Lernvorgängen und der Gedächtnisbildung. Das konnten Wissenschaftler vom Rudolf-Virchow-Zentrum der Universität Würzburg zeigen. Sie haben kleinste Strukturen von Nervenzellen der Fruchtfliege, die für Lernen und Gedächtnis zuständig sind, bei der Entwicklung unter dem Mikroskop beobachten. Die Arbeitsgruppe veröffentlichte ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Nature Neuroscience (doi:10.1038/nn.2122).

Erst seit einigen Jahren ist bekannt, dass das menschliche Gehirn sich beim Lernen stark verändert. Ein ganzes Netzwerk an Nervenzellen ist daran beteiligt. Die Zellen werden aus- und umgebaut, neue Verbindungen geknüpft oder bereits vorhandene effizienter gemacht. Dabei wird jede einzelne Nervenzelle umgestaltet. Diese Prozesse sind bisher nur wenig verstanden, unter anderem deswegen, weil sie mit bisherigen Mikroskoptechniken im lebenden Organismus nicht sichtbar waren.

Wissenschaftler um Manfred Heckmann und Stephan Sigrist konnten jetzt im lebenden Organismus beobachten, wie einzelne Bestandteile der Synapsen verändert werden. Die Wissenschaftler untersuchten dazu Synapsen bei Larven der Fruchtfliege. In der nachgeschalteten Zelle markierten die Forscher dazu Glutamat-Rezeptoren. Untersuchungen im Reagenzglas deuteten bereits darauf hin, dass Glutamat-Rezeptoren beim Lernen vermehrt gebildet werden und auch kleinste Veränderungen im Aufbau der Rezeptoren bei dem Vorgang wichtig sind.

Veränderungen im Aufbau der Rezeptoren konnten die Forscher im Fluoreszenzmikroskop durch verschiedenfarbige Markierungen erkennen. Der Rezeptor besitzt verschiedene Bausteine, die er individuell verändern kann. Je nach Baustein ändert sich die Intensität, mit der ein Signal weitergeleitet wird. Die Forscher verfolgten die Entwicklung der Kontaktstellen über einen Zeitraum von 24 Stunden.

Währenddessen konnten sie deutliche Veränderungen im Aufbau der Glutamat-Rezeptoren sehen. Zu Beginn der Entwicklung wird ein Subtyp in den Glutamat-Rezeptor eingebaut, der Signale besonders effektiv weiterleitet, am Ende ihrer Entwicklung wird er durch einen anderen ausgetauscht, der Signale weniger effektiv leitet.

„Das macht Sinn. Zu Beginn der Entwicklung der Nervenzelle müssen wenige Rezeptoren jeweils sehr effektiv arbeiten. Mit der Zeit bilden sich an den Kontaktstellen immer mehr dieser Rezeptoren, die dann in Summe ein gleiches Signal mit weniger Intensität erreichen können. Ist das ankommende Signal groß genug, so wird nur noch der langsame Typ eingebaut. Das wird von der Zelle selbst reguliert“, sagte Sigrist.

Die Ergebnisse seien auf den Menschen übertragbar, da dieser ähnliche Rezeptoren besitze. „Sie liefern einen Baustein nicht nur zum Verständnis von Lernen und Gedächtnisprozessen, sondern auch zur Entstehung von Epilepsie, Schizophrenie und Alzheimer“, hieß es aus der Gruppe. © hil/aerzteblatt.de

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