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Neuer Signalweg entdeckt: Wie synaptische Aktivität den Proteinhaushalt in Neuronen reguliert

11.02.2015 - (idw) Leibniz-Institut für Neurobiologie

Synapsen bilden die Kontaktstellen von Nervenzellen zueinander. Mehr als 1000 verschiedene Proteinbausteine befinden sich in einer einzelnen Synapse und viele von ihnen sind in ihrer Funktion immer noch rätselhaft. CtBP1 die Kurzform für das C-terminal bindende Protein 1 ist eines dieser Eiweiße. In langjähriger Forschung ist es dem Team um Dr. Anna Fejtová vom Magdeburger Leibniz-Institut für Neurobiologie (LIN) gelungen, eine wichtige Funktion von CtBP1 in Nervenzellen aufzuklären. Die Ergebnisse wurden in einem kürzlich veröffentlichen Beitrag im renommierten Fachmagazin The EMBO Journal vorgestellt. CtBP1 ist ein Protein, dessen Funktion darin besteht, die Produktion neuer Proteine in der Zelle zu hemmen. Da dieser Prozess in verschiedenen Körperzellen eine Rolle spielt, ist CtBP1 in unterschiedlichen Zelltypen zu finden. Obwohl bereits seit Jahren bekannt ist, dass das Eiweiß ebenso in Nervenzellen vorkommt, war bisher wenig über seine Aufgaben im Nervensystem bekannt.

Die Forscher vom LIN konnten in Zusammenarbeit mit Humangenetikern von der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg zeigen, dass sich CtBP1 nicht nur im Zellkern befindet dem Ort der Genregulation, wo über die Herstellung neuer Proteine entschieden wird. Auch in den Präsynapsen, den Kontakt- und Kommunikationsstellen zwischen den Nervenzellen, ist es vorhanden. So ein duales Verteilungsmuster eines Moleküls in diesen beiden Kompartimenten einer Nervenzelle ist äußerst selten und könnte auf eine direkte Kopplung der neuronalen Aktivität und der Genregulation hindeuten, kommentieren die Wissenschaftler ihre Entdeckung.

Außerdem hat die Forschergruppe die Auswirkungen von erhöhter Aktivität im Netzwerk der Nervenzellen auf die Funktionsweise von CtBP1 untersucht. Dabei konnten sie bestätigen, dass die Funktionsweise des Proteins vom Stoffwechsel der Zelle beeinflusst wird: Ist eine Nervenzelle aktiv, erhöht sich deren Stoffwechsel und CtBP1 wandert vom Zellkern in die Präsynapse, wo es an Gerüstproteine wie Bassoon oder Piccolo binden kann. Dadurch dass sich nun weniger CtBP1 im Zellkern befindet, wird auch das Ablesen der von CtBP1 regulierten Gene nicht mehr blockiert. Durch das Lösen der Bremse werden mehr Proteine produziert, die von der aktiven Zelle gebraucht werden. Verringert sich der Stoffwechsel infolge sinkender Aktivität jedoch wieder, wandert CtBP1 zurück in den Zellkern und blockiert die Proteinbiosynthese erneut.

Bisher hat noch niemand vor uns bewiesen, dass CtBP1 sowohl im Zellkern als auch an der Präsynapse vorkommt und zwischen diesen Orten in beide Richtungen transportiert werden kann, beschreibt Gruppenleiterin Fejtová den Durchbruch. Sie ergänzt: Somit können synaptische Signale über CtBP1 ihre Spuren im Zellkern hinterlassen. Der ebenfalls an der Studie beteiligte wissenschaftliche Direktor des LIN, Eckart Gundelfinger, fügt hinzu: Der beschriebene Mechanismus könnte der Einspeicherung von Informationen im Zellkern von Nervenzellen dienen und so an der Gedächtnisbildung beteiligt sein. Das wollen wir nun in zukünftigen Studien klären.

Die Erkenntnisse können also für weitere angewandte Forschungen genutzt werden, so zum Beispiel für die Ursachenforschung bei Hirnerkrankungen wie neuropsychiatrischen und neurodegenerativen Störungen oder auch Epilepsie.

Der komplette Fachartikel ist online verfügbar unter:

http://emboj.embopress.org/content/early/2015/02/04/embj.201488796

Das Leibniz-Institut für Neurobiologie (LIN) in Magdeburg ist ein Zentrum für Lern- und Gedächtnisforschung.

LIN-Ansprechpartner:
Dr. Anna Fejtová
Tel.: +49-391-6263-93321
E-Mail: anna.fejtova@lin-magdeburg.de Weitere Informationen:http://emboj.embopress.org/content/early/2015/02/04/embj.201488796
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