ArchivDÄ-TitelSupplement: PerspektivenNeurologie 2/20153-D-Modell einer Synapse: Hocheffiziente Maschinerie in den Tiefen des Gehirns

Supplement: Perspektiven der Neurologie

3-D-Modell einer Synapse: Hocheffiziente Maschinerie in den Tiefen des Gehirns

Dtsch Arztebl 2015; 112(49): [24]

Zylka-Menhorn, Vera

Als E-Mail versenden...
Auf facebook teilen...
Twittern...
Drucken...
LNSLNS

Synapsen sind die Kontaktstellen, über die Nervenzellen miteinander kommunizieren. Sie dienen der Übertragung von Erregung, erlauben aber auch die Modulation der Signalübertragung und vermögen Information zu speichern. Die Anzahl der Synapsen im Gehirn eines Erwachsenen wird auf 100 Billionen (1014) geschätzt; bezogen auf ein einzelnes Neuron schwankt sie zwischen 1 und 200 000. Lange Zeit waren Aufbau und Ausstattung dieser hochkomplexen Strukturen im Detail nicht bekannt.

Rekonstruktion einer Synapse im Querschnitt: Die kleinen Sphären stellen synaptische Vesikel dar. An der Unterseite der Synapse (rötliches Areal) ist die aktive Zone erkennbar, an der die synaptischen Vesikel ausgeschüttet werden. Das Modell zeigt 60 verschiedene Proteine, die zusammen über 300 000 einzelne Proteinkopien in der Synapse ergeben. Grafik: Burkhard Rammner
Rekonstruktion einer Synapse im Querschnitt: Die kleinen Sphären stellen synaptische Vesikel dar. An der Unterseite der Synapse (rötliches Areal) ist die aktive Zone erkennbar, an der die synaptischen Vesikel ausgeschüttet werden. Das Modell zeigt 60 verschiedene Proteine, die zusammen über 300 000 einzelne Proteinkopien in der Synapse ergeben. Grafik: Burkhard Rammner

Doch im vergangenen Jahr war es dem Team um Prof. Dr. Silvio O. Rizzoli, Neuro- und Sinnesphysiologie der Universitätsmedizin Göttingen, gelungen, alle wichtigen Bausteine einer Synapse in korrekter Anzahl und Position zu bestimmen. Auf diese Weise entstand das erste wissenschaftlich fundierte 3-D-Modell einer Synapse (Science 2014; 344:1023–8). Es dient inzwischen als Referenzquelle für Neurowissenschaftler aller Sparten.

Anzeige

„Anhand dieses 3-D-Modells konnten wir erstmals zeigen, dass Proteine in ganz unterschiedlicher Anzahl für die verschiedenen Vorgänge innerhalb der Synapse benötigt werden“, so Dr. Benjamin G. Wilhelm, Erstautor der Publikation. Das Synapsenmodell ermöglichte zudem weiteren Aufschluss zu einer in der Neurowissenschaft lange diskutierten Kontroverse: Wie viele synaptische Vesikel können in einer Synapse gleichzeitig verwendet werden? Die Forscher fanden heraus, dass in einer Synapse bis zu 26 000 Kopien der Proteine vorliegen, die an der Ausschüttung von Botenstoffen (Neurotransmitter) aus den synaptischen Vesikeln beteiligt sind. Dies ist mehr als genug. Doch die für das Recycling vorhandenen Proteine reichen nur für sieben bis elf Prozent aller Vesikel in der Synapse aus. Das bedeutet, dass der Großteil der Vesikel einer Synapse nicht gleichzeitig genutzt werden kann.

Dennoch: Die Abläufe, an denen viele verschiedene Proteine beteiligt sind, sind erstaunlich genau aufeinander abgestimmt. Die Bausteine der Zellmaschinerie greifen hocheffizient ineinander, ohne Überproduktion oder Verschwendung. Die verschiedenen Proteine unterliegen zudem völlig unterschiedlichen Transportmechanismen und besitzen eine stark voneinander abweichende Lebensdauer. Wie die Zelle also diese erstaunliche Feinabstimmung so erfolgreich bewerkstelligt, bleibt unklar. zyl

Eine Videoanimation des Forscherteams zeigt die Proteinvielfalt innerhalb einer Synapse und deren Aufbau (www.sciencemag.org).

Leserkommentare

E-Mail
Passwort

Registrieren

Um Artikel, Nachrichten oder Blogs kommentieren zu können, müssen Sie registriert sein. Sind sie bereits für den Newsletter oder den Stellenmarkt registriert, können Sie sich hier direkt anmelden.

Fachgebiet

Zum Artikel

Anzeige

Alle Leserbriefe zum Thema