3D-Einblicke in Reizleitung bei Nervenzellen

3. November 2011, 14:58
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Neue Anlage der Medizinischen Universität Graz ermöglicht Darstellung der molekularen Struktur bei synaptischer Übertragung

Graz - Wissenschafter an der Medizinischen Universität Graz haben mit Hilfe einer neuen Mikroskopieranlage und modernster Präparationsverfahren Details im Ablauf der Reizleitung in Nervenzellen entschlüsselt. A Hand von Heuschrecken-Neuronen haben die Forscher vom Institut für Zellbiologie herausgefunden, wie die Moleküle, die an der Signalübertragung beteiligt sind, räumlich angeordnet sind.

Die dreidimensionalen Einblicke in die Signalübertragung von Nervenzellen werden an der Medizinischen Universität Graz mit einem neu installierten Hochleistungs-Transmissionselektronenmikroskop, das um rund eine Million Euro aus Mitteln des Strukturfondsprogramms EFRE angekauft wurde, möglich. Mit der Frage, wie Nervenzellen miteinander kommunizieren, beschäftigt sich in diesem Zusammenhang der Grazer Neurobiologe Gerd Leitinger: "Wie werden Signale von einer Nervenzelle auf die andere gesendet? Welche Proteine sind an der Signalübertragung beteiligt? Wie sind die Moleküle lokalisiert", so der Wissenschafter, der mittels elektronenmikroskopischer Methodik synaptische Verbindungen zwischen Modellneuronen im visuellen System der Heuschrecke - die sehr einfach aufgebaut sind und sich leicht charakterisieren lassen - erforscht.

Vesikel-Verteilung alles andere als zufällig

Die Signalübertragung zwischen Nervenzellen im Gehirn kann über chemische Synapsen erfolgen. Vesikel (Bläschen) mit Überträgersubstanz (Neurotransmitter) sammeln sich an der Stelle, an der eine Zelle in Kontakt mit ihrer Zielzelle tritt. Damit die Überträgersubstanz die Zielzelle beeinflussen kann, muss der Inhalt der Vesikel entleert werden. Das präzise Zusammenspiel einer Reihe von Molekülen ist für diese synaptische Übertragung verantwortlich. Mithilfe der neuen Anlage konnte Leitinger herausfinden, wie die Vesikel an der Synapse angeordnet sind: Es zeigte sich, dass die Vesikel in den Nervenenden nicht zufällig verteilt sind, sondern durch einen hochgeordneten Halte- und Vorschubapparat in eine zur Übertragung optimale Position gebracht werden.

Mittels Elektronentomographie können Zellpräparate mit höchster Auflösung dreidimensional dargestellt werden. Dabei wird die zuvor innerhalb von zehn Millisekunden schockgefrorene Probe im Mikroskop aus unterschiedlichen Kippwinkeln durchleuchtet. Im makellosen Eis bleiben die empfindlichen Zellstrukturen nahezu unverändert erhalten. Aus den Aufnahmen werden dann mit spezieller Software 3D-Rekonstruktionen berechnet. (red/APA)

  • Eine herkömmliche mikroskopische Aufnahme einer Synapse zwischen zwei Nervenzellen.
    foto: medizinische universität graz

    Eine herkömmliche mikroskopische Aufnahme einer Synapse zwischen zwei Nervenzellen.

  • Aufnahme mittels Elektronentomographie: Das 3D-Modell zeigt eine Synapse mit den Vesikeln in gelb, dem Halteapparat in violett und der Zellmembran in weiß.
    foto: medizinische universität graz

    Aufnahme mittels Elektronentomographie: Das 3D-Modell zeigt eine Synapse mit den Vesikeln in gelb, dem Halteapparat in violett und der Zellmembran in weiß.

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