Putzfimmel im Gehirn

Forscher haben untersucht, wie sich die Funktionsweise von Synapsen im Gehirn entwickelt, wenn das wichtige Synapsen-Protein Bassoon fehlt.

Synapsen bestehen aus Hunderten verschiedener Proteine. Damit sie Hirnsignale richtig übertragen können, müssen ihre Bausteine ständig auf Funktionalität überprüft und bei Verschleiß durch neue ersetzt werden. Ein Forscherteam des Leibniz-Institutes für Neurobiologie Magdeburg, vom Deutschen Zentrum für neurodegenerative Erkrankungen und der Charité in Berlin hat nun untersucht, wie sich die Funktionsweise von Synapsen im Gehirn entwickelt, wenn das wichtige Synapsen-Protein Bassoon fehlt. Sie fanden heraus, dass der Recycling-Prozess von Synapsenbausteinen dann viel schneller abläuft, weil das Enzym Parkin aktiviert wird, das bei der Parkinson-Krankheit eine wichtige Rolle spielt.

Bisher war über das Enzym Parkin bekannt, dass der Ausfall seiner Funktion zur Parkinson-Erkrankung führt. Dabei reichern sich Aggregate von Proteinen im Hirngewebe an, die nicht mehr abgebaut werden können, was – wie immer, wenn sich zu viel Müll ansammelt – normale Funktionen beeinträchtigt und schließlich zum kompletten Funktionsausfall durch den Zelltod führt.

Aufräumen in der Synapse

Das Autorenteam um Dr. Carolina Montenegro und Prof. Eckart Gundelfinger vom LIN sowie Dr. Sheila Hoffmann-Conaway und Prof. Craig C. Garner vom DZNE zeigt in der neuen Studie, dass nach der Ausschaltung des Bassoon-Proteins genau das Gegenteil passiert: Der „Synapsen-Müll“ wurde schneller abgeholt und die aktiven Proteine waren jünger als in den vergleichbaren Kontrollen.

Um das herauszufinden, haben die Forschenden einem der zu entsorgenden Proteine namens SV2 farblich markierte Anhänger verpasst, die ihre Farbe mit zunehmendem Alter ändern – ein Marker für die neuronalen Entsorgungsprozesse. Anhand des Farbwechsels kann der Alterungsprozess des aktiven Proteins beobachtet werden. Unter dem Elektronenmikroskop zeigten sich weitere Hinweise auf verstärkte Entsorgung von zellulärem Müll wie eine größere Anzahl von Autophagosomen. Die Autoren konnten zeigen, dass in Synapsen ohne Bassoon mehrere Proteine verstärkt für den Abbau markiert wurden. Wurde aber das bei Parkinson defekte Protein Parkin ausgeschaltet, so konnte diesem Prozess entgegengewirkt werden.

Was lernen wir aus diesen Versuchen?

Synapsen mit verändertem Bassoon sind schwächer und können sich nicht so leicht an Veränderungen anpassen, was aber für die Hirnplastizität essenziell ist. „Wir verstehen durch unsere Versuche die Prozesse in den Synapsen, die für das korrekte Funktionieren des gesunden Gehirns unerlässlich sind, besser“ sagt Dr. Carolina Montenegro. „Alle wichtigen Hirnprozesse, Wahrnehmen, Denken, Lernen, Erinnern, Planen für unser Handeln, also die gesamte Informationsverarbeitung, werden durch Synapsen bestimmt. Im Alter verändert sich die Funktionsweise, auch weil Müllentsorgungsprozesse nicht mehr richtig funktionieren. Besonders bei Erkrankungen des Gehirns, wie bei der Alzheimerschen oder der Parkinson-Erkrankung, tragen Störungen im Gleichgewicht von Proteinanlieferung und -Entsorgung zu den kognitiven Problemen bei. Um diese Erkrankungen zu verstehen, und vielleicht sogar zielgerichteter eingreifen zu können, müssen wir genau wissen, was schiefgeht, wenn ein Protein bzw. sein Gen falsch oder gar nicht funktioniert.“

Originalpublikation:
Hoffmann-Conaway S et al. Parkin contributes to synaptic vesicle autophagy in Bassoon-deficient mice. eLife 2020;9:e56590.