Gehirn: Transport von Botenstoffen entschlüsselt

5. August 2013
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Wissenschaftler konnten kürzlich beobachten, wie die Signalübertragung im menschlichen Gehirn durch Transportmoleküle beeinflusst wird. Die gewonnenen Erkenntnisse könnten bei der Entwicklung neuer Arzneimittel helfen.

Im zentralen Nervensystem des Menschen kommunizieren Nervenzellen untereinander mithilfe spezialisierter Botenstoffen, sogenannter Neurotransmitter. Ein besonders wichtiger ist die Aminosäure Glutamat. Wird eine Nervenzelle aktiviert, gibt sie Glutamat in den sogenannten synaptischen Spalt frei. Der Botenstoff muss diesen kleinen Raum zwischen den Zellen zur Weiterleitung des Signals überwinden. Sobald er die nächste Zelle erreicht, wird dort ein neues Signal ausgelöst.

Damit die Ausschüttung von Botenstoffen die nachgeschaltete Zelle nicht dauerhaft erregt, muss das freigesetzte Glutamat schnell wieder aus dem synaptischen Spalt entfernt werden. Dafür sind spezielle Transportmoleküle notwendig, die Glutamat dort binden und in das Innere der Zellen verfrachten. Die Jülicher Forscher haben mithilfe von Fluoreszenzspektroskopie in Echtzeit beobachtet, wie die Neurotransmitter an ein verwandtes Transportmolekül binden, das in Bakterien vorkommt. So ließ sich aufklären, wie sich diese Transporter zwischen verschiedenen Neurotransmittern unterscheiden.

Nervenzellen vor Schaden bewahren

An der Oberfläche der Transporter befindet sich ein klappenähnlicher Fortsatz. Nachdem Glutamat gebunden hat, schließt sich diese Klappe und verhindert so, dass es sich sofort wieder lösen kann. Daraufhin bewegt sich dieser Bereich des Transporters wie ein Kolben nach innen, um Glutamat in das Zellinnere freizugeben. Damit diese Freisetzung von Glutamat schnell genug ist, darf die Bindung nicht zu stark sein. Andererseits muss der Transporter aus dem großen Angebot der Moleküle im synaptischen Spalt gezielt Glutamat auswählen – was wiederum eine relativ feste Bindung des Botenstoffes erfordert. Die Transportmoleküle lösen diesen scheinbaren Widerspruch durch die Kombination aus einer anfänglich schwachen Bindung und einem schnellen Einschluss durch die bewegliche Klappe.

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Zunächst öffnet sich die externe Klappe, der Neurotransmitter wird locker gebunden. Dann verschließt die Klappe die Bindungstasche für den Transmitter: Jetzt ist er besonders fest gebunden. © Forschungszentrum Jülich

Der Mechanismus bietet laut Prof. Christoph Fahlke vom Institute of Complex Systems (ICS) des Forschungszentrums Jülich auch einen medizinischen Ansatzpunkt. Bei bestimmten Krankheiten wie Schlaganfällen leiten einige Transporter Glutamat in die falsche Richtung und verursachen so übermäßig hohe Glutamat-Konzentrationen im synaptischen Spalt. Die neuen Erkenntnisse könnten bei der Entwicklung neuer Arzneimittel helfen, die diese Transporter gezielt hemmen und so die Nervenzellen vor Schaden bewahren.

Originalpublikation:

Induced fit substrate binding to an archeal glutamate transporter homologue
Christoph Fahlke et al.; PNAS, DOI: 10.1073/pnas.1300772110; 2013

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Medizin, Neurologie

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1 Kommentar:

Dr. med. Ursula Schlenker
Dr. med. Ursula Schlenker

Das ist ja wohl nichts Neues und der Artikel scheint in der Sprache für Laien geschrieben worden sein. Geht es hier denn immer nur über neue Arzneimittel? Geht die ganze Forschung nur von der Pharma Industrie aus?
Schade, das macht Die Medizin sher einseitig.

#1 |
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