Wie die Ausschüttung von Neurotransmittern an Synapsen abläuft

Berlin – Die Freisetzung von Botenstoffen findet an definierten Stellen innerhalb der Synapsen von Nervenzellen statt. Wissenschaftler vom Leibniz-Forschungsinstitut für molekulare Pharmakologie und der freien Universität Berlin haben nun das Molekül identifiziert, das diese Freisetzungsorte definiert. Ihre Arbeit ist im Fachmagazin Neuron erschienen (2017; doi: 10.1016/j.neuron.2017.08.016).

Bei der Übertragung von Signalen über Synapsen, der „synaptischen Transmission“, erreicht zunächst ein elektrisches Signal die Synapse. Es wird ein Kalziumeinstrom durch spannungsabhängige Kalziumkanäle ausgelöst, der wiederum dazu führt, dass synaptische Vesikel die in ihnen gespeicherten Neurotransmitter innerhalb weniger Millisekunden freisetzen. Hierzu verschmelzen die Vesikel mit der Zellmembran. Die chemischen Botenstoffe werden von der benachbarten Nervenzelle in ein elektrisches Signal zurückgewandelt.

Bekannt ist, dass jede Synapse über eine Vielzahl solcher Vesikel verfügt. Die Boten­stoffausschüttung erfolgt jedoch nur an wenigen definierten Stellen. Bislang war laut der Arbeitsgruppe allerdings unklar, welches Molekül diese Freisetzungsorte festlegt. Laut der Studie handelt es sich um das Protein Unc13A, das allerdings kein Unbekann­ter ist. Schon in 1970er-Jahren wurde es entdeckt, da Fehlfunktionen dieses Proteins bei Fadenwürmen zu unkoordinierten Bewegungen führten.

„Wir wussten, dass das Molekül eine wichtige Rolle beim Informationstransfer spielt, denn wenn es fehlt, findet keinerlei synaptische Transmission mehr statt. Wir wussten aber nicht, dass es auch den Platz für die Freisetzung der Botenstoffe aus Vesikeln definiert“, erläutert der Neurowissenschaftler Alexander Walter vom Leibniz-Forschungsinstitut für molekulare Pharmakologie.

Verschoben die Forscher das Protein innerhalb der Synapse, verschoben sich auch die Freisetzungsorte und somit ihr Abstand zum Kalziumkanal. Dadurch änderte sich auch der zeitliche Verlauf der synaptischen Transmission. Je nach Abstand dauerte der Informationstransfer kürzer oder länger.

Damit bewahrheitete sich die Vermutung, dass die räumliche Anordnung der Freisetzungsorte fest an den zeitlichen Ablauf des Informationstransfers zwischen Nervenzellen gekoppelt ist. „In unserer Studie konnten wir zeigen, dass die exakte Positionierung nötig ist, damit die synaptische Transmission mit einer bestimmten Geschwindigkeit erfolgen kann“, betont Walter.

Die Forscher haben das Protein an der Fruchtfliege durchgeführt, die Ergebnisse ließen sich aber „mit hoher Wahrscheinlichkeit speziesübergreifend übertragen“, hieß es aus der Gruppe.

hil