Neuronale Signalübertragung
Wie Nervenzellen einen Gang höher schalten
Nervenzellen können die Größe und Füllung der Vesikel für Botenstoffe anpassen.
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Nervenzellen im Gehirn kommunizieren über Neurotransmitter.
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FRANKFURT / MAIN. Nervenzellen kommunizieren bekannterweise über Transmitter, die in Vesikeln verpackt sind. Forscher haben nun beim Fadenwurm entdeckt, dass die Vesikel auch unterschiedlich gefüllt sein können (Curr Bio, 2017; online 2. Februar). Gesteuert wird die Füllmenge über den Signalstoff cAMP, teilt die Uni Frankfurt mit.
Wird ein Neuron elektrisch angeregt, verschmelzen die Vesikel mit der Zellmembran. Je nach Stärke des Signals kann die Nervenzelle mehr oder weniger Vesikel pro Zeit ausschütten. Das ist einem molekularen Gaspedal des Neurons vergleichbar.
Einen Gang hochschalten
"Was wir jetzt entdeckt haben, entspricht dagegen einer Gangschaltung: So wie man bei gleichem Gas in einem höheren Gang eine höhere Geschwindigkeit erreichen kann, löst die Nervenzelle eine stärkere neuronale Aktivität aus, indem sie die Vesikel bei gleichbleibender Anzahl mit mehr Botenstoffen füllt", erklärt Professor Alexander Gottschalk von der Goethe Universität Frankfurt in der Mitteilung.
Wie die Forschergruppe berichtet, führt cAMP innerhalb der Nervenzellen zur Aktivierung der Neurotransmission. Sie fanden dies heraus, indem sie den Signalstoff durch optogenetische Methoden in den Motorneuronen des Fadenwurms Caenorhabditis elegans vermehrt erzeugten.
Dazu schleusten sie ein lichtaktiviertes Enzym, das cAMP bilden kann, spezifisch in die für Bewegung zuständigen Motorneurone ein. Wurden die Tiere mit Licht einer bestimmten Frequenz bestrahlt, entstand mehr cAMP und die Fadenwürmer bewegten sich schneller.
"Extrafüllung" in synaptischen Vesikeln
Durch Elektrophysiologie konnten die Forscher nachweisen, dass cAMP die Verschmelzung von synaptischen Vesikeln mit der Membran der Nervenzelle anregt. Gleichzeitig nahm aber auch die Füllung der synaptischen Vesikel mit dem Transmitter Acetylcholin zu, heißt es weiter in der Mitteilung.
Dies sei mit einer elektronenmikroskopisch messbaren Vergrößerung der Vesikel verbunden. Die akute "Extrafüllung" der Vesikel innerhalb weniger Sekunden werde durch weitere Botenstoffe, sogenannte Neuropeptide ausgelöst. Die optogenetisch stimulierten Neuronen schütteten sie aus, um einen Gang höher zu schalten.
Die Forscher vermuten, dass dieser neue Mechanismus zur Kontrolle von Neurotransmission über Neuropeptide nicht nur im Bewegungsnervensystem von Fadenwürmern vorkommt, sondern auch bei Wirbeltieren oder sogar beim Menschen. Denn Neuropeptide werden auch in den Motorneuronen höherer Tiere gefunden - ihre Funktion ist bislang jedoch nur ungenügend bis gar nicht verstanden.
Die Arbeitsgruppe von Gottschalk will nun untersuchen, ob der Mechanismus auch in Wirbeltieren wie Zebrafischen zum Tragen kommt. (eb)
