Synapsen: Kalziumsensor ermöglicht schnelle und präzise Signalübertragung

19. Jänner 2017, 07:00
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Forscher des (IST) Austria identifiziert Eiweißstoff Synaptotagmin 2 als verantwortlichen Faktor

Klosterneuburg/Wien – Spezielle Verbindungsstellen zwischen den Hirnzellen leiten Signale mit hoher Geschwindigkeit weiter. Forscher des Institute of Science and Technology (IST) Austria in Klosterneuburg haben nun geklärt, warum diese Synapsen so schnell agieren können. Verantwortlich dafür ist ein Sensor zur Messung der Kalziummenge in der Nervenzelle, berichten sie im Fachjournal "Cell Reports".

Hintergrund

Die Kommunikation zwischen Nervenzellen läuft über die Synapsen. Dabei wird ein ankommendes elektrisches in ein chemisches Signal umgewandelt. Im Detail funktioniert das so: Das ankommende Signal erzeugt eine Spannungsänderung, die über spezielle Kanäle Kalzium einströmen lässt. Dieses bindet an Kalziumsensoren, die wiederum in kleine Bläschen verpackte Botenstoffe (Neurotransmitter) in Bewegung setzen. Diese Botenstoffe werden im synaptischen Spalt freigesetzt und erreichen schließlich die benachbarte Zelle, wo sie an spezielle Rezeptoren binden. Dieses chemische Signal wird schließlich wieder in ein elektrisches umgewandelt.

Verschiedene Synapsen nutzen unterschiedliche Neurotransmitter. Sogenannte GABAergen Synapsen, die in allen Gehirnregionen und Spezies vorkommen, verwenden den Botenstoff GABA. Sie kontrollieren die Aktivität in neuronalen Mikroschaltkreisen und zeichnen sich durch ihre Geschwindigkeit und Präzision aus, mit der sie Signale senden: Zwischen Stimulation und Antwort liegen weniger als eine Millisekunde.

Neue Erkenntnisse

Wie die GABAergen Synapsen so schnell Signale übertragen können und mit welchem Sensor sie das Einströmen des Kalziums messen, war bisher nicht bekannt. Der Neurowissenschafter Peter Jonas vom IST Austria hat nun mit Kollegen vom Max Planck Florida Institute for Neuroscience (USA) herausgefunden, dass in dieser Art von Synapsen der Eiweißstoff "Synaptotagmin 2" der wichtigste Sensor für die Kalziummenge in der Nervenzelle und dafür verantwortlich ist, dass sie ihre Signale so schnell und präzise senden können.

Konkret haben die Forscher in ihrer Studie die Synapse zwischen Korbzellen und Purkinje Zellen untersucht. Diese befindet sich im Kleinhirn, einer Gehirnregion, die wichtige Aufgaben bei der Steuerung der Motorik erfüllt. Die Wissenschafter zeigten, dass Synaptotagmin 2 der wichtigste Sensor in hemmenden (inhibitorischen) GABAergen Synapsen ist. Dagegen misst das verwandte Protein "Synaptotagmin 1" das Kalzium an erregenden (exzitatorischen) Synapsen.

Synaptotagmin 2 löst nicht nur eine schnellere Ausschüttung des Neurotransmitters aus. Der Eiweißstoff sorgt auch für ein schnelleres Wiederbefüllen der Bläschen mit dem Botenstoff. So ist die Nervenzelle schneller wieder bereit, ein erneutes Signal auszuschicken. (APA, 19. 1. 2017)

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