Epilepsie: Sortierproteine sichern Vesikel-Recycling

29. Mai 2015
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Nervenzellen feuern bis zu tausendmal in der Sekunde. Wie ihnen dies gelingt, ohne dabei epileptische Anfälle zu erzeugen, wurde nun in Teilen aufgeklärt. Das Ergebnis könnte zu einem besseren Verständnis nicht nur von Epilepsien beitragen.

Mit jedem elektrischen Impuls schüttet eine Nervenzelle Neurotransmitter in den synaptischen Spalt aus und trägt so das Signal weiter. Sie hält dafür einen Vorrat an Neurotransmittern bereit, die in Vesikel verpackt sind und auf Kommando mit der äußeren Membran verschmelzen.

Um aber Sinneswahrnehmungen und kognitive Vorgänge in ihrer ganzen Bandbreite zu ermöglichen, werden die einzelnen Nervenzellen von Hunderten Stromstößen pro Sekunde durchpulst. Sie müssen daher nicht nur in hohem Tempo Neurotransmitter ausschütten, sondern die Vesikel auch genauso schnell wieder recyceln. Wie dieser Vorgang so schnell und präzise gelingt, wird von Neurowissenschaftlern und Zellbiologen seit Jahren intensiv erforscht.

Sortierproteine sind als Bremse notwendig

Forscher am Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie in Berlin um Volker Haucke fanden nun heraus, dass Wirbeltiere im Lauf der Evolution dafür ein Recyclingsystem entwickelt haben, bei dem unabhängig voneinander funktionierende Proteine den lebenswichtigen Prozess absichern. Dafür wurden verschiedene Mausmodelle entwickelt, denen die Sortierproteine (Stonin2 und SV2A/B) fehlten.

Erst als alle drei Proteine ausgefallen waren, funktionierte das Recycling nur noch sehr eingeschränkt und Nervenreize wurden nur stark abgeschwächt weitergeleitet. Die Mäuse hatten motorische Störungen und epileptische Anfälle, weil die Funktion der häufig feuernden hemmenden Synapsen durch das gestörte Recycling besonders stark beeinträchtigt wird und damit die “Bremse” im Nervensystem verloren geht, die im gesunden Tier und auch beim Menschen epileptische Anfälle verhindert.

Auch an Alzheimer-Krankheit beteiligt

„Selbst geringe Störungen in der Signalübertragung können zu einem Ungleichgewicht im Gehirn und damit zu neurologischen Störungen führen“, erklärt die Erstautorin Natalie Kaempf. Mit der doppelten Sicherung könnten die Nervenzellen sich dagegen absichern.

Das untersuchte Protein SV2A ist auch der Angriffspunkt für ein bekanntes Epilepsie-Medikament, dessen Wirkmechanismus bislang noch kaum verstanden ist. Eine andere Arbeit weist zudem darauf hin, dass es auch an der Entstehung der Alzheimer-Erkrankung beteiligt ist. Die Erforschung des Vesikel-Recyclings könnte somit helfen, die Entstehung neurologischer Erkrankungen besser zu verstehen.

Originalpublikationen:

Overlapping functions of stonin 2 and SV2 in sorting of the calcium sensor synaptotagmin 1 to synaptic vesicles
Natalie Kaempf et al.; PNAS, doi: 10.1073/pnas.1501627112; 2015

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