Andockstelle
© Walter Kaufmann and Ryuichi Shigemoto
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In unserem
Gehirn wird Information von einem Neuron zum nächsten an einer Struktur namens
Synapse übertragen. An einer chemischen Synapse wird ein chemischer Botenstoff
vom signalaussendenden Neuron oder präsynaptischen Neuron freigesetzt. Dieser
Neurotransmitter durchquert den synaptischen Spalt und bindet an Rezeptoren im
Zielneuron oder postsynaptischen Neuron. Eine umfangreiche molekulare
Maschinerie ist hier an der Arbeit: Vesikel gefüllt mit Neutransmitter docken
an sogenannte „Andockstellen“ in der präsynaptischen aktiven Zone, bevor sie
mit der Plasmamembran verschmelzen und ihren Neurotransmitter in die Synapse
freisetzen. Eine Studie, geleitet von Ryuichi Shigemoto, Professor am Institute
of Science and Technology Austria (IST Austria), sowie von Alain Marty,
Professor an der Université Paris Descartes, zeigte, dass eine einzige
Andockstelle einen einzigen Cluster an Kalziumkanälen verwendet, und dass sich
die Zahl der Andockstellen und die Zahl der Kalziumcluster parallel mit dem
Alter des Gehirns ändern. Dies ist die erste klare Verbindung zwischen der
Morphologie und der Funktion von Andockstellen. Die Studie erschien heute in PNAS.
An einer
chemischen Synapse benötigt die Signalübertragung einen aufwendigen Ablauf an
Ereignissen. Dieser beginnt, wenn ein elektrisches Signal, das
Aktionspotential, das synaptische Terminal im präsynaptischen Neuron erreicht.
Das veranlasst das Öffnen spannungsabhängiger Kalziumkanäle. Kalziumionen
strömen schnell in das präsynaptische Terminal ein und die Kalziumkonzentration
im präsynaptischen Terminal steigt. Das erlaubt synaptischen Vesikel, gefüllt
mit Neurotransmitter, mit der Plasmamembran zu verschmelzen und den
Neurotransmitter in den synaptischen Spalt freizusetzen. Geschwindigkeit ist in
der Informationsübertragung essentiell. Bevor ein Aktionspotential überhaupt
das synaptische Terminal erreicht, reihen sich die Vesikel mit Neurotransmitter
bereits in einem fusionsbereiten Zustand an den Andockstellen des
präsynaptischen Terminals auf. Wenn das Aktionspotential das präsynaptische
Terminal erreicht, können die Vesikel so schnell mit der Plasmamembran
verschmelzen und den Neurotransmitter freisetzen. Funktionell begrenzen die
Andockstellen die Stärke der Synapse. Bisher konnte keine klare Verbindung
zwischen dem funktionellen Aspekt der Andockstellen und dem morphologischen
Aspekt als Stelle, wo Vesikel andocken, im Gehirn von Säugetieren festgestellt
werden.
Shigemoto
und Kollegen verwendeten hochauflösende Verfahren der Elektronenmikroskopie um
das präsynaptische Terminal einer bestimmten Synapse der Maus genau zu
betrachten. Sie fanden, dass die Zahl der funktionalen Andockstellen mit der
Zahl der Cluster an spannungsabhängigen Kalziumkanälen im präsynaptischen
Terminal übereinstimmt. Außerdem ändern sich die Zahl der Andockstellen und die
Zahl an Kalziumclustern parallel mit dem Alter des Gehirns und der Größe der
Synapse. Die Forscher zogen eine wichtige Schlussfolgerung, wie Shigemoto
erklärt: „Basierend auf unseren Ergebnissen schlagen wir vor, dass es für jede
Andockstelle einen entsprechenden Cluster an spannungsabhängigen Kalziumkanälen
gibt. Wir schlagen ein Modell vor, bei dem jeder Cluster an Kalziumkanälen von
genügend freiem Raum umgeben ist, damit ein synaptisches Vesikel in jeder
Richtung verschmelzen kann.“
Ryuichi
Shigemoto kam 2013 als Professor an das IST Austria. Er und seine Gruppe
untersuchen die Funktion von Ionenkanälen und Neurotransmitterrezeptoren in
Neuronen und Gliazellen unter Verwendung von morphologischen,
elektrophysiologischen und molekularbiologischen Techniken. Shigemoto erhielt
2016 einen ERC Advanced Grant. Walter Kaufmann, Staff Scientist an der Electron
Microscopy Facility des IST Austria, führte einen Teil der Forschung der
vorliegenden Studie durch.
Mehr
Informationen finden Sie unter: http://ist.ac.at/de/news-media/news/news-detail/article/a-docking-site-per-calcium-channel-cluster/6/
Stefan
Bernhardt
Head of
Communications & Events
Institute
of Science and Technology Austria
Am Campus 1
A-3400
Klosterneuburg
E-Mail: stefan.bernhardt@ist.ac.at | Tel:
+43/(0)2243/9000-1092 | Mobil: +43/(0)664/886 87 700
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