Bausteine des Gedächtnisses verstehen

Dr. Uwe Schulte, Dr. Jochen Schwenk und Prof. Dr. Bernd Fakler haben mit ihrem Team erstmals die große räumliche und zeitliche Dynamik in der Proteinzusammensetzung der AMPA-Rezeptoren, der wichtigsten erregenden Neurotransmitter-Rezeptoren im Gehirn, aufgedeckt. Diese Rezeptoren befinden sich in den Synapsen, den Kontaktstellen zwischen zwei Nervenzellen, und sind für die schnelle Übertragung und Verarbeitung von Informationen verantwortlich. Die Resultate zeigen eine bislang ungeahnte Vielfalt der Rezeptoren und ermöglichen es, deren jeweilige Funktionen in den verschiedenen Regionen des Gehirns zu erforschen. Die Ergebnisse haben die Biologen in der Fachzeitschrift „Neuron“ veröffentlicht.

 

Die Forscher haben damit erstmals die Möglichkeit geschaffen, die Eigenschaften und Funktionen der AMPA-Rezeptoren in den verschiedenen Hirnregionen auf der Ebene ihrer Proteinbausteine zu verstehen. Dies ist von besonderer Bedeutung, da die AMPA-Rezeptoren und ihre Dynamik als zentrale Elemente für die Ausbildung des Gedächtnisses gelten. Es ist den Forschern gelungen, den Untereinheitenaufbau der AMPA-Rezeptoren in verschiedenen Hirnregionen und sogar in verschiedenen Gruppen ähnlicher Nervenzellen aufzuklären. Dabei zeigte sich, dass die Rezeptoren in Aufbau und molekularer Architektur eine enorme Variationsbreite aufweisen und offensichtlich präzise an die Funktion in den jeweiligen Nervenzellen und Hirnarealen angepasst werden können. Die Forscher wiesen zudem nach, dass auch während der Hirnentwicklung auf diese Vielfalt in der Proteinzusammensetzung der Rezeptoren zurückgegriffen wird.

ISchon 2012 zeigte die Gruppe um Fakler mit neuartigen Analysemethoden, dass AMPA-Rezeptoren in den Nervenzellen des Gehirns sich aus einem Sortiment von mehr als 30 verschiedenen Proteinen aufbauen. Es enthält eine ganze Reihe von Proteinen, deren Funktion bislang unbekannt ist. Wie bedeutsam aber gerade die neuen Bausteine sind oder sein können, wies die Gruppe in einer vor Kurzem gleichfalls in „Neuron“ publizierten Arbeit nach: Die Forscher zeigten, dass das Protein Cornichon den Zeitverlauf der synaptischen Übertragung an AMPA-Rezeptoren steuert und damit den Unterschied zwischen verschiedenen Typen von Nervenzellen im Gehirn ausmacht.

Uwe Schulte, Jochen Schwenk und Bernd Fakler forschen am Institut für Physiologie sowie am Exzellenzcluster BIOSS Centre for Biological Signalling Studies der Universität Freiburg.

Original publication:

Regional Diversity and Developmental Dynamics of the AMPA-Receptor Proteome in the Mammalian Brain. Schwenk J, Baehrens D, Haupt A, BildlW, Boudkkazi S, Röper J, Fakler B and Schulte U (2014). Neuron 84, 41–54. DOI: 10.1016/j.neuron.2014.08.044