Wie das Gehirn Erinnerungen löscht

Ein Göttinger Forscherteam hat ein molekulares Detail entdeckt, das beim Prozess des Vergessens im Gehirn eine wichtige Rolle spielt: Das Protein Synaptotagmin-3 schwächt Synapsen, um das Löschen von Erinnerungen zu fördern.

Erlebtes und Erinnerungen vergessen zu können, ist eher eine Fähigkeit des Gehirns als eine Fehlfunktion. Das Vergessen ermöglicht es unserem Gehirn, sich an veränderte Bedingungen anzupassen, wichtige Informationen abzuspeichern und Unwichtiges zu löschen.

Das Forscherteam unter der Leitung von Dr. Camin Dean am European Neuroscience Institute Göttingen (ENI-G) hat nun herausgefunden, dass das Calcium-Sensor-Protein Synaptotagmin-3 (Syt3) Neurotransmitter-Rezeptoren bindet und sie aktiv aus postsynaptischen Membranen entfernt. Dieser Prozess schwächt die Stärke der synaptischen Verbindung und fördert das Vergessen.

Die Studie wurde in Kooperation mit einem Forschungsteam von Prof. André Fischer vom Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) in Göttingen, Prof. Yu Tian Wang von der University of British Columbia und Dr. Henrik Martens von der Synaptic Systems GmbH in Göttingen durchgeführt.

Eingeschränkte Verhaltensflexibilität

Das Forscherteam um Dean fand heraus, dass genmanipulierte Mäuse, die nicht in der Lage sind, das Protein Syt3 zu produzieren (Syt3-defizient Mäuse), zwar starke synaptische Verbindungen bilden können, indem sie die Anzahl an Neurotransmitter-Rezeptoren in der postsynaptischen Membran erhöhen. Es gelingt ihnen aber nicht, diese zu reduzieren und so die Verbindung wieder zu schwächen. Das bedeutet: Die Mäuse lernen normal, können das Erlernte aber nicht wieder vergessen.

Genau wie unbehandelte Kontrolltiere, konnten sich Mäuse, die kein Syt3 bilden, einen Zielort in einer Testumgebung gleichermaßen gut merken. Wurde dieser Zielort verändert, lernten beide Mausstämme den neuen Standort ebenfalls gleichermaßen gut kennen. Die genmanipulierten Tiere konnten jedoch den vorherigen Zielort nicht vergessen und kehrten immer wieder zu ihm zurück. Wurde der Zielort jeden Tag verschoben, suchten die Syt3-defizienten Mäuse frühere Zielorte auf, statt nach dem jeweils neu erlernten Ort zu suchen. Die Unfähigkeit zu vergessen beeinträchtigte also die Verhaltensflexibilität der Mäuse: Sie waren nicht in der Lage, zwischen einer Erinnerung und einer neuen, unmittelbar relevanten Erfahrung zu unterscheiden.

„Unsere Forschung ist eng mit der Erforschung krankhafter Prozesse bei neuropsychiatrischen und neurodegenerativen Störungen verbunden“, erklärte Dean, Senior-Autorin der Publikation. „Die Alzheimer-Krankheit beispielsweise ist durch anomales Entfernen von Neurotransmitter-Rezeptoren aus der Zellmembran gekennzeichnet. Wir können zeigen, dass die Verabreichung eines Peptids, das die Bindung von Syt3 an Neurotransmitter-Rezeptoren und damit deren Ausbau aus der Membran blockiert, das Vergessen bei Mäusen verhindert. Unser Kooperationspartner, Prof. Yu Tian Wang, konnte darüber hinaus belegen, dass die Zugabe dieses Peptids in einem Mausmodell der Alzheimer-Krankheit die normale Stärke synaptischer Verbindungen wiederherstellt und somit die Gedächtnisleistung normalisieren kann.“
 
Vergessen bei Autismus und PTBS

Verhaltensflexibilität und mangelndes Vergessen sind zudem Merkmale von Autismus-Spektrumstörungen. Lerntests bei Fruchtfliegen zeigen, dass eine Mutation von Risikogenen für Autismus das Vergessen beeinträchtigt. Und Patienten mit Autismus-Spektrumstörungen, die im Test gebeten werden, den Ort eines Reizes anzugeben, erfüllen die Aufgabe genau so gut wie Kontrollprobanden. Aber sie nennen nach einer Änderung des Reizortes weiterhin den zuvor erlernten Ort.

Obwohl die Fähigkeit zur Erinnerung oft als der wichtigste Aspekt des Gedächtnisses angesehen wird, können Defizite im Vergessen schwerwiegende Folgen haben. Ein Beispiel dafür ist die posttraumatische Belastungsstörung (PTBS). „Die gezielte Steuerung von Protein Syt3 könnte ein nützliches Werkzeug zur Behandlung solcher Störungen sein und speziell dazu beitragen, das abnormal starke und dauerhafte emotionale Gedächtnis im Zusammenhang mit früheren Traumata zu beseitigen”, sagte Dean.

Originalpublikation:
Awasthi A. et al.: Synapto-tagmin-3 drives AMPA receptor endocytosis, depression of synapse strength, and forgetting. Science 2019;363(6422).