Dem Lernen auf der Spur

2. Juni 2003, 10:30
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Deutsche Forscher entwickeln neues Testsystem auf molekularer Grundlage

Tübingen - Wissenschafter des Tübinger Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie sind den molekularen Grundlagen des Lernens auf der Spur. Nach eigenen Angaben haben sie ein neuartiges Testsystem entwickelt, mit dem sie die Bildung von Proteinen in einer lebenden Nervenzelle direkt sichtbar machen können. Ihr Ziel ist es, molekulare Veränderungen in einer einzelnen Synapse unter dem Mikroskop beobachten zu können, wie sie in der neuesten Ausgabe der Zeitschrift "Molecular Biology of the Cell" mitteilten.

Damit ließe sich ergründen, durch welche Vorgänge verschiedene Signale in der Zelle miteinander verschaltet und wie Informationen gespeichert würden, erklärten die Wissenschafter.

Ungeklärt ...

Bis zum heutigen Tag ist es noch nicht erforscht, was im Innersten des Menschen vor sich geht, wenn er sich eine Vokabel, eine Zahl, einen Weg merkt oder auch wieder vergisst. Nach Ansicht der Tübinger Forscher hat der Mensch Erinnerungen, "weil sich unsere Nervenzellen Dinge merken können. Nervenzellen haben unzählige Verbindungsstellen zu anderen Zellen. Jeder dieser Kontakte - auch Synapsen genannt - kann nicht nur moduliert werden, es können sich auch jederzeit neue Synapsen bilden", erläuterten die Biologen.

Sie verglichen das Bild einer Nervenzelle mit einem Baum, der viele Äste (Dendriten) und Blätter (Synapsen) hat. Um alle seine Blätter am Leben zu halten, müsse der Baum Wasser und Nährstoffe bis in seine entferntesten Zweige transportieren.

Proteinsynthese

Ähnlich verfahre die Nervenzelle. Sie transportiere zum Beispiel spezielle Proteine, aber auch Ribonukleinsäuren (RNA) - Blaupausen des Genoms für die Herstellung von Proteinen - bis zu den entlegensten Synapsen. Neuere Forschungsergebnisse legten nun nahe, dass die Proteinsynthese nicht nur in der Nähe des Zellkerns, wo die RNA-Blaupausen entstünden, sondern auch in weiter entfernten Abschnitten der Dendriten stattfinde. Daher vermuteten die Forscher, dass eine Nervenzelle das für den Umbau oder die Neubildung von Synapsen benötigte "Baumaterial" dort herstelle, wo es auch eingebaut werde. Anhand einer solchen lokalen Veränderung der Proteinzusammensetzung in der Nervenzelle könne man möglicherweise erkennen, wie das Lernen vor sich gehe.

Voraussetzung dazu ist, dass man die Vorgänge in einer lebenden Nervenzelle direkt beobachten kann. Den Max-Planck-Forschern um Michael Kiebler und Paolo Macchi gelang es, in einer präparierten, lebenden Nervenzelle die Synthese eines fluoreszierenden so genannten Reporter-Proteins sichtbar zu machen. Nach eigenen Angaben nutzten sie dazu das Regulierungssystem der Zelle zur Eisenkonzentration. Eisenspeicherproteine würden nur dann in der Zelle hergestellt, wenn sie wirklich gebraucht würden, erklärte Kiebler. Setze man einen solchen "Eisenschalter" vor eine beliebige Reporter-DNA, werde das Protein nur in Anwesenheit von Eisen erzeugt.

Regulierung

"Tatsächlich erhöhte die Anwesenheit von Eisen die Proteinsynthese", erklärte Kiebler. Waren die untersuchten Neuronen gleichzeitig elektrisch aktiv, wurde eine deutliche Steigerung der Neusynthese des Proteins registriert. Damit fanden die Wissenschaftler nach ihrer Darstellung einen ersten Hinweis darauf, dass die Aktivität der Synapsen direkt die lokale Proteinsynthese regulieren könnte, was möglicherweise eine der molekularen Grundlagen von Lernprozessen sei. (APA/AP)

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