Überwindung der synaptischen Inhibition
Eine Bindung von GABA an GABA-Rezeptoren des Typs A (GABA-A) führte zur Öffnung von Chlorid-spezifischen (Cl--) Ionenkanälen. Durch Öffnung der Ionenkanäle können Ionen diffundieren und so ihren Konzentrationsgradienten senken. Nachdem Cl- in der extrazellulären Flüssigkeit in höherer Konzentration vorliegt, diffundieren Cl--Ionen in die Zelle und hemmen somit die Aussendung elektrischer Signale an andere Zellen. Obwohl die Clusterung des GABA-A-Rezeptors eine wichtige Rolle für den Körper spielt und mit vielen Krankheiten in Zusammenhang steht, ist die Kenntnis über ihre genaue Anordnung und neuromodulierende Wirkung bislang begrenzt. Wissenschaftler riefen daher das EU-geförderte Projekt GABAAR ins Leben, um das Verhalten der GABA-A-Rezeptoren an Synapsen sowie die Rolle des Gerüstproteins Gephyrin zu untersuchen. "Gephyra" ist griechisch und bedeutet Brücke. Gephyrin stellt eine Brücke dar, über die inhibitorische Neurotransmitterrezeptoren mit dem postsysnaptischen Cytoskelett verankert werden. Die Wissenschaftler versahen das Gephyrin und die Untereinheiten der GABA-A-Rezeptoren mit photokonvertiblen Fluoreszenzproteinen, welche sie in kultivierten Neuronen des zentralen Nervensystems einsetzten. Zwei Varianten photoaktivierter Lokalisationsmikroskopie (photo-activated localisation microscopy, PALM) wurden eingesetzt, um zu bestätigen, dass die Strukturen der Untereinheiten funktionelle Rezeptoren darstellen, die wie zu erwarten auf der Oberfläche der Plasmamembran der Synapsen angelagert waren. Die Forscher wandten sich dann der Erforschung des Gephyrin zu. Sie konnten wichtige Wechselbeziehungen zwischen Gephyrin und einem weiteren an den Cl--Ionenkanal bindenden Rezeptor (dem Glyzin-Rezeptor) nachweisen. Nachgewiesen werden konnte auch, dass Glyzin- und GABA-A-Rezeptoren um die Bindungsorte an das Gephyrin konkurrieren. Die am GABAAR-Projekt beteiligten Wissenschaftler beschrieben die Veränderungen in der Morphologie sowie der Stabilität synaptischer Gephyrincluster ebenso wie das Zusammenspiel verschiedener Proteine und schufen damit neue Erkenntnisse. Die Forschungsergebnisse sind von enormer Bedeutung für alle wissenschaftlichen Forschungen zu dynamischen Clusterstrukturen. Das Verfahren der photoaktivierten Lokalisationsmikroskopie hat sich in diesem Forschungsvorhaben bewährt. Das Team nutzte außerdem genetische Methoden, mit welchen die Proteinstruktur des GABA-A-Rezeptors minimal unterbrochen wird. Synthetische Aminosäuren wurden sowohl in Modellproteinen als auch in funktionellen neuronalen Rezeptoren encodiert. Durch die durchgeführten Studien wurde das Versehen einzelner Rezeptoren mit einem einzelnen Fluorophor-Tag ermöglicht. Hierdurch konnten zur Untersuchung von Proteinstrukturen, -dynamik und -funktion bildgebende Verfahren für einzelne Partikeln mit elektrophysiologischen Methoden kombiniert werden. Die Mitglieder des GABAA-Projekts entwickelten erfolgreiche Verfahren zur Visualisierung struktureller wie funktioneller Veränderungen an den Synapsen von Neurotransmittern im zentralen Nervensystem von Wirbeltieren. Durch Anwendung der beschriebenen Verfahren konnte bereits Licht in viele nur unzureichend erforschte Bereiche gebracht werden, und in Zukunft könnte das Verständnis von Abläufen in vielen anderen biologischen Systemen vertieft werden.
Schlüsselbegriffe
Synaptische Inhibition, GABA, Neurotransmitter, GABA-Rezeptoren, GABA-A, Gephyrin
