News

Molecular Neurophysiology

 

 

 

    Dienstag, 24. Oktober 2017

Physiologen entdecken bisher unbekannten Einfluss auf die Signalübertragung im Gehirn

Forscher der Universität des Saarlandes um Professor Dieter Bruns konnten erstmals nachweisen, dass Astrozyten, die zu den wichtigsten Bestandteilen des Gehirns zählen, einen aktiven Einfluss bei der Signalübertragung im Gehirn haben. Astrozyten gehören zu der Gruppe der Gliazellen und galten bis vor nicht allzu langer Zeit noch als Zellen, die lediglich dazu dienen, dem Gehirn Stabilität zu verleihen, damit die Nervenzellen ihre Arbeit verrichten können: Signale von Zelle zu Zelle zu schicken. Die Stärke der Signale wird jedoch aktiv von den Astrozyten reguliert, wie Dieter Bruns und seine Kollegen nun zeigen konnten. Die Erkenntnisse könnten Grundlage neuartiger Therapieansätze für neurologische Erkrankungen wie beispielsweise Epilepsie sein. Ihre Studie erscheint morgen in der November-Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift „Nature Neuroscience“.

Für Epileptiker sind die Anfälle eine schwere Belastung: Plötzliche, unkontrollierte Übererregungen der Nervenzellen führen zu Anfällen, mit denen Bewusstlosigkeit und schwere Krämpfe einhergehen können und in deren Folge Nervenzellen absterben. Physiologen der Universität des Saarlandes um Professor Dieter Bruns haben nun einen Mechanismus entdeckt, der eventuell eine Grundlage für neue Therapieformen neurologischer Krankheiten wie der Epilepsie sein könnte.

Im wissenschaftlichen Fokus der saarländischen Forscher stehen die Astrozyten, eine Form so genannter Gliazellen, die etwa die Hälfte der Gehirnmasse ausmachen. Noch gegen Ende des 19. Jahrhunderts bezeichnete der Berliner Pathologe Rudolf Virchow die Gesamtheit der Gliazellen als „Nervenkitt“. In der Tat galten Gliazellen lange nur als Stützzellen im Gehirn, die den Nervenzellen bei der Weiterleitung elektrischer Erregungen helfen, jedoch keinen aktiven Einfluss auf die neuronale Signalverarbeitung haben. Dabei löst ein elektrisches Signal an den Kontaktstellen der Nervenzellen, den Synapsen, die Ausschüttung chemischer Botenstoffe aus, die von der nächsten Nervenzelle gebunden werden, um wiederum ein elektrisches Signal zu erzeugen und weiterzuleiten. Diese Vorgänge laufen binnen weniger Tausendstel Sekunden ab. Veränderungen in der synaptischen Übertragung bilden die wichtigste Grundlage für Lernen und Gedächtnisleistungen unseres Gehirns.

Das Forscherteam um Professor Bruns konnte in seiner Studie nun erstmals zeigen, dass Astrozyten unterschiedliche Botenstoffe freisetzen, um die neuronale Signalübertragung zu verstärken oder abzuschwächen. Durch ihre detaillierten Analysen konnten die Wissenschaftler mehrere Mechanismen entschlüsseln, die Astrozyten zur Freisetzung von Botenstoffen befähigen.

Die Befunde liefern dadurch nicht nur neue Einblicke in die außergewöhnlich komplexe Signalverarbeitung in unserem Gehirn, sondern sind auch von Bedeutung für neurologische Erkrankungen, wie zum Beispiel der Epilepsie. Die Astrozyten können hier als Mediatoren wirken, die epilepsietypische Übererregungen mit ihren hemmenden Botenstoffen dämpfen. Die Erkenntnisse der Arbeitsgruppe eröffnen somit auch die Möglichkeit, Erkrankungen des mit neuen Therapieansätzen zu behandeln.

Die Studie von Schwarz et al. „Astrocytes control synaptic strength by two distinct v-SNARE-dependent release pathways“ erscheint am 25. Oktober 2017 in der Fachzeitschrift „Nature Neuroscience“ (doi:10.1038/NN.4647, Link).

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Dieter Bruns
Tel.:  (06841) 1616494
E-Mail: Dieter.Bruns(at)uks.eu 

 

 

Elife. 2020 May 11;9.

Synergistic actions of v-SNARE transmembrane domains and membrane-curvature modifying lipids in neurotransmitter release

Dhara M1, Mantero Martinez M1, Makke M1, Schwarz Y1, Mohrmann R2, Bruns D1.

1 Institute for Physiology, Center of Integrative Physiology and Molecular Medicine, University of Saarland, Homburg, Germany.

2 Institute of Physiology, Otto-von-Guericke University, Magdeburg, Germany.

 

Vesicle fusion is mediated by assembly of SNARE proteins between opposing membranes. While previous work suggested an active role of SNARE transmembrane domains (TMDs) in promoting membrane merger (Dhara et al., 2016), the underlying mechanism remained elusive. Here, we show that naturally-occurring v-SNARE TMD variants differentially regulate fusion pore dynamics in mouse chromaffin cells, indicating TMD flexibility as a mechanistic determinant that facilitates transmitter release from differentially-sized vesicles. Membrane curvature-promoting phospholipids like lysophosphatidylcholine or oleic acid profoundly alter pore expansion and fully rescue the decelerated fusion kinetics of TMD-rigidifying VAMP2 mutants. Thus, v-SNARE TMDs and phospholipids cooperate in supporting membrane curvature at the fusion pore neck. Oppositely, slowing of pore kinetics by the SNARE-regulator complexin-2 withstands the curvature-driven speeding of fusion, indicating that pore evolution is tightly coupled to progressive SNARE complex formation. Collectively, TMD-mediated support of membrane curvature and SNARE force-generated membrane bending promote fusion pore formation and expansion.

doi

Back to top