Die molekulare Maschinerie des Gedächtnis´ und Lernens
Nervenzellen oder Neuronen im Gehirn können über Synapsen Signale an bis zu 10 000 weitere Neuronen übertragen. Ferner ist es gut möglich, dass die dynamische synaptische Plastizität das Herzstück der Gedächtnisbildung darstellt. Hier, an der neuralen Membran dieser so bedeutsamen Verbindungsstellen, interagiert ein zytoskelettales Netz von Mikrotubuli und Actin mit den molekularen Motorproteinen – Kinesin, Dynein und Myosin. Defekte hinsichtlich der Funktion für den Ladungstransport bei molekularen Motoren sind ein gängiges Merkmal vieler neurodegenerativer und psychischer Erkrankungen. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts NEUROTRAF (Molecular mechanisms of synapto-dendritic cargo trafficking) wurden neue molekulare Instrumente und Abbildungssysteme entwickelt, um diese Maschinerie an lebenden Neuronen zu untersuchen. Die Nutzung immunofluoreszenter, an Quantendots angehängter Nanoproben, ermöglichte den Forschern, Motorproteine mit einer Genauigkeit im Nanometerbereich zu erfassen. Die Details intrazellulärer Prozesse wie etwa das Verhalten motorgekoppelter Ladungen in Neuronen können unter Anwendung dieser Technik angezeigt und gesteuert werden. Ferner könnten Wissenschaftler dendritische Mikrotubuli von Neuronen im Hippocampus abbilden, um zu bestimmen, wie Dendriten assembliert und erhalten werden. Dendritische Dornen sind dabei behilflich, Signale an einen Nervenzellkörper zu übertragen und im Zuge von NEUROTRAF wurde beobachtet, wie Ladungen zwischen den Dornen übertragen werden. Unter Verwendung der neuen Instrumente bestimmten die Forscher, wie sich das calcium2+-sensor-Caldendrin auf die Actin-Dynamik in den Dornen auswirkt. Die für die Organisierung axonaler Mikrotubuli erforderlichen Mutationen in KIF1-bindenden Proteinen (KBP) sind für die schwere neurologische Erkrankung Shprintzen-Goldberg-Syndrom (GOSH) verantwortlich. Die Forschungsergebnisse zeigten, dass KBP die Motoraktivität reguliert, indem Kinesinbewegungen entlang der Mikrotubuli verhindert werden. Hierdurch wurde ein neuer Mechanismus zur Modulation der Aktivität von Kinesinmotoren offengelegt und es ist naheliegend, dass ein veränderter synaptischer Vesikelverkehr zu dem Shprintzen-Goldberg-Syndrom beiträgt. Die NEUROTRAF-Forschung hat zur Vorbereitung und Einreichung von mindestens drei wissenschaftlichen Papern geführt. Die Ergebnisse haben einen Beitrag zu einer wichtigen Wissensplattform über die molekulare Beteiligung an der Gedächtnisbildung und an der Entwicklung neurologischer Erkrankungen geleistet.
Schlüsselbegriffe
Molekulare Maschinerie, Gedächtnis, Lernen, Zytoskelett, molekulare Motorproteine, Quantendot, Caldendrin, KBP, GOSH
