Albert Ludwigs Universität Freiburg, ehemalige Unbekannte: Noelin Proteine zentral für Lernfähigkeit von Säugetiergehirnen

  • Deutsch amerikanisches Forschungsteam um Freiburger Physiologen zeigt die fundamentale Bedeutung der Noelin Proteine für die Plastizität von Nervenzellen auf

  • Ergebnis von Untersuchungen der molekularen Struktur nativer Glutamatrezeptoren des AMPA Typs

  • Noelin Mangel führt zu langfristigen negativen Auswirkungen auf die Morphologie und Funktion von Neuronen

Freiburg, August 2023

Einem deutsch amerikanischen Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Dr. Bernd Fakler von der #Medizinischen #Fakultät der Universität FreiburgExternal Link, ist es gelungen, den zentralen Einfluss von Noelin1 3 Proteinen auf die Lernfähigkeit von Säugetiergehirnen nachzuweisen. Die ausführlichen Studienergebnisse sind in der Fachzeitschrift Neuron des Verlags Cell Press erschienen. Federführende Autoren sind Dr. Sami Boudkkazi und Dr. Jochen Schwenk, beide Mitarbeiter des #Physiologischen #Instituts in Freiburg, sowie Dr. Naoki Nakaya vom National Institutes of Health, Bethesda/USA.

Besseres Verständnis des Gehirngeschehens geschaffen

Mindestens 40 Proteine sind für den Aufbau und die Funktion der AMPA Rezeptoren, den Haupttransmitter Rezeptoren in den erregenden (exzitatorischen) Synapsen des Gehirns notwendig. Welche Aufgaben diese Bausteine im Einzelnen übernehmen, konnte die Arbeitsgruppe von Fakler in den vergangenen zehn Jahren zum größten Teil aufklären; einiger dieser Bausteine allerdings waren in ihrer Funktion noch gänzlich unerforscht. Zu diesen Unbekannten zählten bislang auch die Noeline1 3, eine in allen Wirbeltieren vorhandene Familie von sezernierten Proteinen. »Wir haben AMPA Rezeptoren im Gehirn von Mäusen untersucht, bei denen die Produktion von Noelin1 3 gezielt inaktiviert wurde. Diese stammten von unseren amerikanischen Projektpartnern um Dr. Stanislav Tomarev vom National Institutes of Health, Bethesda/USA«, sagt Studienleiter Fakler. Die zentralen Studienergebnisse fasst er wie folgt zusammen: »Wir konnten zeigen, dass die Noeline als Tetramere die AMPA Rezeptoren mit einer ganzen Reihe von Ankerproteinen wie Neurexin1 oder Neuritin1 verknüpfen und dadurch in der Zellmembran stabilisieren können. Die Noeline1 3 sind dadurch für die Aufrechterhaltung der aktivitätsabhängigen synaptischen Plastizität von Nervenzellen verantwortlich: Sie fungieren quasi als »Universalanker«, die die Verteilung und Dynamik von AMPA Rezeptoren im Gehirn kontrollieren«.

Diese Forschungsergebnisse lassen nicht nur den Rückschluss zu, dass Synapsen mit einem kritischen Noelin Mangel kaum lernfähig sind. Fehlen die im Gehirn gebildeten sekretorischen Proteine, wirkt sich dies langfristig auch negativ auf die Funktion und Morphologie von Neuronen aus. »Unsere Arbeit zeigt auf, dass die Komplexität der Nervenzellen abnimmt und einige Funktionen nicht mehr gewährleistet sind. Welche Folgen diese Entwicklung für die höheren Hirnfunktionen haben kann, ist noch offen«, sagt Fakler.

Erkenntnisse fundamental für Grundlagenforschung anderer Disziplinen

Die Ergebnisse des internationalen Forschungsteams seien nicht pauschal auf das menschliche Gehirn übertragbar, sagt Fakler. »Wir vermuten aber, dass es bei den Glutamatrezeptoren nahezu ein 1:1 Korrelat zum Menschen gibt. Daher bin ich optimistisch, dass unsere neuartigen Erkenntnisse zur Wirkweise der #Noelin #Proteine im #Gehirn auch einen Beitrag zur Grundlagenforschung im Humanbereich leisten können.« Darüber hinaus könnten Wissenschaftler anderer Disziplinen die Studienergebnisse nutzen, um zum Beispiel den mehr oder weniger hohen Plastizitätsgrad von Nervenzellen zu erklären oder Schlussfolgerungen über Neuronale Netze und ihrer Informationsverarbeitung zu ziehen.