Es ist noch gar nicht so lange her, dass die lang gehegte Vermutung zur essenziellen Rolle von Synapsen bestätigt werden konnte: Erst durch sie wird die Weiterleitung, Verarbeitung und Speicherung von Informationen im Nervensystem möglich. Wie neue synaptische Verbindungen auf- und wieder abgebaut werden war dagegen nach wie vor unklar. Jetzt gelang es Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie einen der molekularen Vorgänge während der Synapsenbildung zu entschlüsseln (Nature Neuroscience, Februar 2007). Abb. 1 Verwandlung einer Haarverzweigung (oben) in einen dendritischen Dorn (unten). Die Aktivierung eines bestimmten Rezeptors führt zur Ausbildung des im unteren Bild gezeigten "Pilzkopfs", durch den die Signalübertragung zwischen benachbarten Nervenzellen erst möglich wird. Bild: Max-Planck-Institut für Neurobiologie Eine der herausragenden Eigenschaften des Gehirns ist seine Fähigkeit zu lernen und Informationen zu speichern. Hierbei spielen die Kontaktstellen zwischen einzelnen Nervenzellen, die Synapsen, eine wichtige Rolle. Jedoch ist nicht nur das Vorhandensein dieser Synapsen wichtig, sondern auch ihre Anzahl - und diese wird auch im erwachsenen Gehirn häufig modifiziert. So entstehen zum Beispiel neue Verbindungen, die den Kontakt zwischen zwei Nervenzellen verstärken, wenn etwas gelernt wird. Verringert sich im Gegensatz dazu die Anzahl der synaptischen Verbindungen, führt dies zum Verlust von Informationen und das Gelernte wird wieder vergessen. Diese sogenannte synaptische Plastizität gilt daher heute als ein Hauptmechanismus bei Lernprozessen und Gedächtnisfunktionen.
Um einen Kontakt herzustellen, wachsen bei gegenüberliegenden Nervenzellen feine Haarverzweigung zu pilzartigen Strukturen aus, bestehend aus einem Stil und einem Endköpfchen. Die Endköpfchen solcher dendritischer Dornen ermöglichen dann den Informationsaustausch zwischen verschiedenen Nervenzellen. Doch was kontrolliert die Veränderung des Zytoskeletts, die für diese wichtige Verwandlung einer Haarverzweigung in einen dendritischen Dorn notwendig ist? Dieser Frage sind Inmaculada Segura, Clara Essmann, Stefan Weinges und Amparo Acker-Palmer vom Max-Planck Institut für Neurobiologie in Martinsried nachgegangen.
Das besondere Interesse der Wissenschaftler galt bei diesen Untersuchungen einer speziellen Rezeptorgruppe und ihren in der Membran sitzenden Bindungspartnern. Erstaunlicherweise können in diesem System auch die Bindungspartner als Rezeptoren fungieren. Diese rückwärtsgerichtete Signalleitung spielt eine wichtige Rolle in der Modifizierung des Zytoskeletts und somit bei der Ausbildung dendritischer Dornen. Das Team um Amparo Acker-Palmer konnte die molekularen Komponenten identifizieren, die nach anfänglicher Signalgebung die Reifung dendritischer Dornen kontrollieren. "Diese Erkenntnisse bringen uns einen großen Schritt weiter, um den komplizierten Vorgang zu verstehen, der das Lernen und das Behalten des Gelernten erst möglich macht", sagt Acker-Palmer. [SM/CB] Originalveröffentlichung:
Inmaculada Segura, Clara L. Essmann, Stefan Weinges und Amparo Acker-Palmer
Grb4 and GIT1 transduce ephrinB reverse signals modulating spine morphogenesis and synapse formation.
Nature Neuroscience, online Veröffentlichung vom 18. Februar 2007
Max-Planck-Gesellschaft
zur Förderung
der Wissenschaften e.V.
Referat für Presse- und
Öffentlichkeitsarbeit
Hofgartenstraße 8
80539 München
Postfach 10 10 62
80084 München
Tel.: +49 (0)89 2108 - 1276
Fax: +49 (0)89 2108 - 1207
E-Mail: presse@gv.mpg.de
Internet: www.mpg.de
Pressesprecher:
Dr. Bernd Wirsing (-1276)
ISSN 0170-4656
Nervenzelle mit Axonen und Synapsen

 Einer Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für Neurobiologie in Martinsried um  Amparo Acker-Palmer gelang jetzt ein bedeutender Fortschritt in der Erforschung der molekularen Grundlagen der Synapsenbildung, einem grundlegenden Prozess zum Verständnis menschlichen Lernens, wie aus einer Pressemitteilung des Instituts von gestern hervorgeht.

Synapse

Synapsen bilden die Kontaktstellen zwischen Nervenzellen. Die „Herstellung neuer synaptischer Verbindungen“ ist im Prinzip nur eine neurobiologische Übersetzung für „Lernen“. Wachstum und Abbau dieser Verzweigungen und Bindungsstellen, die synaptische Plastizität, entscheiden über Lernen und Vergessen. Die Erforschung der molekularen Grundlagen dieser neurobiologischen Vorgänge ist daher entscheidend für das Verständnis dieser Prozesse.

Wie entstehen solche neuen Verbindungen zwischen Nervenzellen? Bei benachbarten Nervenzellen wachsen feine Verzweigungen aus, die Axone, an deren Ende sich die synaptischen Endköpfchen ausbilden. So bildet sich ein so genanntes Cytoskelett innerhalb der Nervenzelle aus. Genau diese Prozesse, die zur Bildung der Endköpfchen führen, studierte die Arbeitsgruppe „Signaltransduktion“. Die Gruppe besteht aus Inmaculada Segura, Clara Essmann, Stefan Weinges und Amparo Acker-Palmer als ihrer Leiterin.

Im Wechselspiel zwischen speziellen Rezeptoren und ihren Bindungspartnern wurde eine „rückwärtsgerichtete Signalleitung“ entdeckt, die anscheinend die Bildung neuer synaptischer Endköpfchen steuert. In der Presseerklärung des Instituts heißt es dazu: „Das Team um Amparo Acker-Palmer konnte die molekularen Komponenten identifizieren, die nach anfänglicher Signalgebung die Reifung dendritischer Dornen kontrollieren.“ Nach Einschätzung der Projektleiterin Amparo Acker-Palmer handelt es sich bei diesem Forschungsergebnis um „einen großen Schritt …, um den komplizierten Vorgang zu verstehen, der das Lernen und das Behalten des Gelernten erst möglich macht“.