Neues zur Regulierung synaptischer Plastizität
Das Nervensystem besteht u. a. aus Synapsen, d. h. Strukturen, die es den Neuronen im Gehirn ermöglichen, Signale an andere Zellen weiterzuleiten. Die Synapse koppelt die Plasmamembran des signalgebenden Neurons eng an die Membran der Zielzelle. Eine chemische Synapse wandelt elektrische Aktivität im präsynaptischen Neuron um, was einen chemischen Botenstoff (Neurotransmitter) freisetzt, der an die Rezeptoren der Zielzellmembran bindet (postsynaptisch). Diese Synapsen lassen sich entsprechend der freigesetzten Neurotransmitter in glutamaterge (exzitatorische) oder GABAerge (inhibitorische) Synapsen klassifizieren. Die synaptische Plastizität bezeichnet die Fähigkeit einer Synapse, sich als Reaktion auf steigende oder fallende Aktivität zu verstärken oder zurückzubilden. Wie die verschiedenen Formen der Plastizität allerdings koordiniert werden, ist noch unklar. Glutamaterge und GABAerge synaptische Plastizität kann unter Umständen nicht einzeln reguliert wird, sondern hängt auf noch unbekannte Art und Weise zusammen, um das Gleichgewicht zwischen Hemmung und Anregung zu gewährleisten. Das EU-finanzierte Forschungsprojekt GABASYNAPSES (Lokale Wechselwirkungen zwischen GABAergen und glutamatergen Plastizität) untersuchte daher Wechselwirkungen zwischen inhibitorischen und exzitatorischen Synapsen bei Neuronen. Um den Einfluss der exzitatorischen Aktivität auf die inhibitorische Plastizität zu enthüllen, wurden Strukturanpassungen in inhibitorischen Axonen organtypischer Hippocampus-Zellkulturen analysiert. Mit Zeitraffer-Zwei-Photonen-Mikroskopie wurden präsynaptische Veränderungen entlang GFP-markierter inhibitorischer Projektionen einer Nervenzelle (Axone) im Ausgangszustand sowie bei Anregung bzw. Hemmung beobachtet. Die Daten zeigten, dass inhibitorische Synapsen hochdynamisch sind, immer wieder zusammengebaut und zerlegt werden und möglicherweise entlang des inhibitorischen Axons miteinander konkurrieren. Die Axone erfassen kontinuierlich potenzielle Orte für neue hemmende Synapsen. Es hat sich gezeigt, dass Axone ihr Konstruktionsverhalten den Veränderungen der neuronalen Aktivität anpassen. Damit geben die Erkenntnisse zur Strukturdynamik hemmender Axone ein hochdynamisches Bild der Inhibition und inhibitorischen Plastizität in neuronalen Netzen. In einer parallelen Studie erkannten die Forscher, dass dendritische Hemmung sehr präzise sein kann. Der Einfluss einer inhibitorischen Synapse ist stark von der örtlichen und zeitlichen Distanz zwischen Hemmung und Anregung abhängig, was darauf hindeutet, dass eine dendritische inhibitorische Synapse die lokalen exzitatorischen Signale und unter Umständen die Plastizität mit hoher räumlicher und zeitlicher Spezifität beeinflussen kann. Die Projektergebnisse wurden auf internationalen wissenschaftlichen Tagungen und in mehreren Beiträgen unabhängiger Fachzeitschriften vorgestellt.
Schlüsselbegriffe
Synapse, synaptische Plastizität, neurologische Entwicklung
