Wie Drogen oder Krankheiten Signale zwischen Nervenzellen beeinflussen

Gemeinsam mit dem Team um Prof. Thomas Südhof, Nobelpreisträger für Medizin des Jahres 2013, haben Forscher der Charité – Universitätsmedizin Berlin aufgeklärt, wie Drogen oder psychische Erkrankungen die Ausschüttung von Botenstoffen im Gehirn beeinflussen.

Der häufigste Botenstoff im Gehirn ist Glutamat. Modulatorische Botenstoffe wie Adrenalin, Dopamin und Serotonin beeinflussen die Signalweiterleitung mit Glutamat und verändern damit unsere Wahrnehmung, unsere Gefühle und unsere Handlungen. Auch alle psychoaktiven Drogen wirken über dieses modulatorische System, bei vielen psychiatrischen Erkrankungen wie Depressionen oder Suchtkrankheiten ist es gestört.

Forscher um Prof. Christian Rosenmund vom Institut für Neurophysiologie der Charité und dem Excellenzcluster NeuroCure haben nun mit amerikanischen Kollegen um den Einstein BIH Visiting Fellow, Prof. Thomas Südhof, Nobelpreisträger für Medizin 2013, herausgefunden, wie dieses neuromodulatorische System funktioniert. „Wir konnten zeigen, dass das Molekül Synapsin hierbei eine bedeutende Rolle spielt“, sagt Dr. Christopher Patzke, Co-Erstautor der Arbeit und PostDoc im Südhof-Labor.

„Es sitzt auf der Oberfläche der synaptischen Vesikel und verändert durch die Wirkung von verschiedensten Neuromodulatoren seine Form. Das führt dazu, dass sich die Vesikel in den Synapsen entweder zusammenschließen und mehr Botenstoffe ausschütten, was das Signal verstärkt. Oder die Vesikel ziehen sich aus der Synapse zurück, schütten weniger Botenstoff aus und das Signal wird abgeschwächt.“

Dass die Wissenschaftler diese Vorgänge nun erstmals beobachten konnten, verdanken sie einer neuen Technik des Rosenmund-Labors: „Wir stimulieren isolierte Nervenzellen elektrisch und schockgefrieren sie zeitlich hochpräzise mit Flüssigstickstoff“, erklärt Co-Erstautorin Dr. Marisa Brockmann, PostDoc im Rosenmundlabor. „Im Elektronenmikroskop konnten wir anschließend die winzigen, ultraschnellen Bewegungen wie unter Zeitlupe beobachten.“

Nobelpreisträger Südhof freut sich über die erfolgreiche Zusammenarbeit. „Wir wissen, dass Mutationen im Synapsin-Gen Entwicklungsstörungen, Epilepsie und Autismus auslösen können. Durch unsere Arbeit verstehen wir jetzt besser, warum das so ist und darüber hinaus haben wir nun einen potenziellen Weg, wie eine medikamentöse Behandlung erfolgen könnte.“

„Diese Arbeit ist nicht nur von fundamentaler Bedeutung, um die Funktion unseres Gehirns zu verstehen. Sie zeigt auch, wie die Synapsenfunktion bei psychiatrischen Erkrankungen gestört sein kann“, ergänzt Rosenmund.

Originalpublikation:
Patzke C. et al.: Neuromodulator Signaling Bidirectionally Controls Vesicle Numbers in Human Synapses. Cell 2019;179(2):498-513.e22