Funktion für mikroskopisches Röhrensystem geklärt

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Funktion für mikroskopisches Röhrensystem geklärt

Vor 50 Jahren wurde ein mikroskopisch kleines Röhrensystems , das Endoplasmatische Retikulum, in Nervenzellen entdeckt. Seine Funktion aber war ein Rätsel. Nun wurde aufgeklärt, wozu das System dient: Es beeinflusst die Stärke der Verbindung zwischen zwei Nervenzellen massgeblich und trägt so dazu bei, dass wir uns neuen Umständen anpassen und Neues lernen können.

Änderungen in den Nervenzellverbindungen sind wichtig, damit wir uns immer wieder an neue Umstände anpassen und Neues lernen können. Im Gehirn werden so Verbindungen der Nervenzellen über Synapsen kontinuierlich neu geknüpft, verstärkt und auch wieder gelockert. Daneben gibt es aber auch Verbindungen die stabil bleiben, dann wenn wir zum Beispiel Wichtiges über Jahre in Erinnerung behalten. Beide Typen existieren in unmittelbarer Nachbarschaft auf derselben Nervenzelle und werden individuell gesteuert.

Niklaus Holbro vom Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research (FMI) konnte zeigen, dass die Präsenz des Endoplasmatischen Retikulums (ER) in den Dornfortsätzen der Nervenzellen überraschenderweise den Unterschied zwischen stabilen und sich ändernden Synapsen ausmacht. Ist das ER präsent, so können sich die Verbindungen zwischen den Zellen abschwächen. Wird die Nervenzelle angeregt, werden in den Dornfortsätzen aus dem ER grosse Mengen Kalzium ausgeschüttet, was die funktionelle Umstellung der Synapsen auslöst. Die Forschenden konnten damit der mysteriösen Struktur, die bereits 1959 von Edward George Gray beschrieben wurde, deren Aufgabe aber bis anhin unklar war, nach 50 Jahren eine wichtige Funktion zuweisen.

In einem nächsten Schritt möchten die Forschenden des FMI untersuchen, inwiefern dieser vom ER definierte Prozess bei Patienten mit dem "Fragilen-X-Syndrom" eine Rolle spielt. "Fragiles-X-Syndrom" ist eine der am häufigsten auftretenden, erblichen kognitiven Erkrankungen. Patienten leiden unter verminderter Intelligenz, Lernschwierigkeiten und Aufmerksamkeitsdefiziten. «Wir wissen bereits, dass diese Patienten veränderte Dornfortsätze haben. Wir vermuten, dass die gleiche Signalkaskade, die in den ER-Dornfortsätzen aktiviert wird, bei diesen Patienten über das Mass stimuliert sein könnte» erklärt Thomas Oertner, Forscher am FMI, sein weitergehendes Interesse und die möglichen biomedizinischen Konsequenzen seiner Entdeckung.

Zur Technik

Beobachtungen und Vergleiche einzelner Dornfortsätze und Synapsen auf Nervenzellen sind alles andere als trivial. Die aktuellen Entdeckungen waren nur Dank einer neuen Mikroskopiermethode, der Zweiphotonenmikroskopie, möglich. Zweiphotonenmikroskopie ist eine Bild gebende Methode, bei der mit Hilfe eines gepulsten Infrarot-Lasers ein Farbstoff in der Zelle zum fluoreszieren gebracht wird. Die Methode schont dabei die zu untersuchenden Zellen optimal und erlaubt einzigartige, hochauflösende Bilder. Thomas Oertners Forschergruppe ist eine der wenigen weltweit, die mit dieser Technik einzelne Synapsen optisch stimulieren, beobachten und deren Aktivität messen. Solche Apparaturen kann man nicht einfach erstehen, Thomas Oertner und sein Team baut sich darum diese innovativen Mikroskope selbst und entwickelt sie weiter.

Originalpublikation

Holbro N et al. (2009) Differential distribution of endoplasmic reticulum controls metabotropic signaling and plasticity at hippocampal synapses. Proceedings of the Natural Academy of Sciences, 18 August 2009, doi: 10.1073/pnas.0905110106 Online Publication

Kontakt

Dr. Thomas Oertner, thomas.oertner at fmi.ch , Tel. +41 61 697 82 73

C. Wirth, Editor