Die sich ständig verändernden Gehirns: Scheint ein Licht auf die synaptische Plastizität

Synapsen ermöglichen die Neuronen miteinander kommunizieren. In der synapse, ein neuron aussendet, Chemische Botenstoffe, Neurotransmitter genannt, und einem benachbarten neuron empfängt Sie mit winzigen Strukturen, die sogenannten Rezeptoren. Eine bestimmte Art von rezeptor, AMPA-rezeptor, spielt eine entscheidende Rolle in Lern-und gedächtnisprozesse. Doch die Wissenschaftler noch nicht vollständig verstehen, wie die AMPA-Rezeptoren bilden und zu arbeiten.

Jetzt haben Forscher in der Membran Kooperativität Einheit am Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) in Japan, in Zusammenarbeit mit Forschern von Universitäten in Japan haben herausgefunden, dass AMPA-Rezeptoren bilden und zerfallen kontinuierlich, innerhalb von einem Bruchteil einer Sekunde, anstatt bestehende als stabile Entitäten. Die Ergebnisse der Forscher, veröffentlicht in „Nature Communications“, kann klären frühen Phasen der synaptischen Plastizität, neuronale Aktivität, ist der Schlüssel für lernen und Gedächtnis. Die Forschung kann auch pharmakologische Anwendungen in der Behandlung von Epilepsie.

Die sich verändernde Gehirn

AMPA-Rezeptoren bestehen aus vier Molekülen oder Untereinheiten genannt GluA1, 2, 3 und 4, die zu vereinen, um form Strukturen genannt tetrameren. Unterschiedliche Kombinationen der Untereinheiten bilden die tetrameren; dies bedeutet, es gibt 256 mögliche Konfigurationen des AMPA-Rezeptors.

Wissenschaftler haben lange geglaubt, dass diese tetrameren entstehen im endoplasmatischen Retikulum der Zelle „manufacturing center“, vor der Migration auf die Synapsen, alle beim beibehalten der stabilen Strukturen für Stunden oder sogar Tage.

„Dieses tetramer-Stabilität könnte tatsächlich problematisch für die Neuronen,“ sagte Professor Akihiro Kusumi, ein co-Autor der Studie. „Die Synapsen müssen AMPA-rezeptor-tetrameren, die mit verschiedenen Kombinationen von Untereinheiten, wie das Gehirn lernt und seine neuronalen schaltkreise ändern. Also, wir hatten ein gutes Gefühl, dass etwas schrecklich falsch mit der akzeptierten Vorstellung davon, wie AMPA-Rezeptoren bilden, migrieren und zu arbeiten.“

Blick auf AMPA-Rezeptoren in motion in single-molecule Auflösungen

Nach dieser intuition, die Wissenschaftler fluoreszierende tags auf jeder einzelnen Untereinheit Molekül der AMPA-Rezeptoren. Dann verfolgten Sie die Moleküle Bewegungen in lebenden Zellen im nanometer-Genauigkeiten. Sie verwendet eine einzelmolekül-Fluoreszenz-Mikroskop und software zu analysieren, die Bewegung der einzelnen Moleküle, eine Methode Kusumi und seine Kollegen Pionierarbeit geleistet hat.

Durch das Studium, wie die AMPA-rezeptor-Moleküle drängten sich um in der Membran und miteinander gebunden, fanden die Forscher, dass die AMPA-rezeptor-Untereinheiten und existiert als einzelne Moleküle, als auch die Baugruppen zwei -, drei -, und vier Moleküle. Tetrameren wurden gefunden, aber Sie fiel auseinander in etwa 0,1 bis 0,2 Sekunden. Dann allerdings werden die separierten Moleküle gefunden, die anderen partner Moleküle bilden sich neue Baugruppen von zwei, drei und vier Moleküle wieder, ständig wiederholen dieses Prozesses.

Darüber hinaus fanden die Forscher, dass, wenn die Moleküle gebildet tetrameren, wenn auch nur kurz, Sie arbeitete als winzige Kanäle, die geöffnet für weniger als 0,1 Sekunden. Da die funktionellen tetrameren sind ständig aufgebrochen, um neue tetrameren, AMPA-rezeptor-tetrameren mit verschiedenen Untereinheit Zusammensetzungen können leicht gebildet werden. Dies stellt einen neuen Mechanismus der synaptischen Plastizität.

Kusumi darauf hingewiesen, dass das team seine Ergebnisse haben können medizinische Anwendungen. Menschen mit Epilepsie haben ein überschuss an Glutamat, dem neurotransmitter, bindet an AMPA-Rezeptoren im Gehirn. Diese Personen sind oft Behandlung mit Antikonvulsiva, die stop-Glutamat-Bindung an AMPA-rezeptor-tetrameren, aber diese Behandlungen können zu übermächtig, und daher unwirksam.