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Signalübertragung: Wie Neuronen Glutamat ausschütten

Um Signale zwischen Zellen zu übermitteln, setzt die vorgeschaltete Zelle einen Transmitter frei (z.B. Glutamat), der in kleinen Bläschen (Vesikeln) gespeichert ist. Aber wie kommt das Glutamat in die Vesikel? Die Arbeit, die diese Frage klärt, wurde in der neuesten Ausgabe von "Nature" veröffentlicht.

Forscher um Prof. Jahn am Max-Planck-Institut haben diesen wichtigen Prozess bei der Erregung von Nervenzellen aufgeklärt. Glutamat, eine im ganzen Körper vorkommende Aminosäure, dient im Gehirn als Neurotransmitter bei der Signalübertragung zwischen Nervenzellen. Dazu wird es in synaptischen Vesikeln gespeichert. Nervenzellen sind durch einen "synaptischen Spalt" getrennt, den Signale bei der Weiterleitung überwinden müssen.

Wird die vorgeschaltete Nervenzelle aktiviert, gibt sie den Inhalt der Vesikel in den Spalt frei, Glutamat erreicht die nachgeschaltete Zelle und löst eine neue Aktivierung aus. Damit können Signale übertragen werden, ohne daß sich die Nervenzellen berühren müssen: So werden komplizierte Verschaltungswege in dichten Ansammlungen von Nervenzellen realisiert. Neben Glutamat ausschüttenden Neuronen gibt es z.B. auch solche, die den Neurotransmitter GABA freisetzen, der die Erregung nachgeschalteter Zellen unterdrückt und so die Signalübertragung von anderen Zellen behindert.

Unklar war bisher, wie ein Neuron in die Lage versetzt wird, Glutamat freizusetzen. Dies haben die Forscher des Max-Planck-Instituts jetzt herausgefunden: Nachdem Glutamat in den synaptischen Spalt gelangt ist und die nachgeschaltete Nervenzelle erregt hat, muß es wieder entfernt werden, um die Möglichkeit für einen neuen Übertragungsprozeß zu schaffen.

Das besorgen Astrogliazellen, die das Glutamat aus dem Spalt entfernen. Diese Zellen geben es in Form von Glutamin, wieder ab, das von den Nervenzellen aufgenommen und wieder in Glutamat zurückverwandelt wird. Die Arbeitsgruppe am MPI zeigt, daß die Aufnahme und Speicherung von Glutamat in den Vesikeln durch das Protein BNPI bewerkstelligt wird, das Glutamat aus dem Intrazellulärraum in die Vesikel pumpt. Führt man das Protein in hormonsezernierende Zellen ein, schütten diese neben ihrem Hormon auch Glutamat aus.

Die Forscher konnten sogar Nervenzellen, die normalerweise nur GABA ausschütten, durch Einbau von BNPI auch zur Ausschüttung von Glutamat bewegen - also zwei Transmitter gleichzeitig freizusetzen, was in dieser Form in der Natur nicht vorkommt. Dies belegt, daß BNPI die entscheidende Rolle bei der vesikulären Speicherung von Glumat spielt.

Die Erkenntnisse wecken Hoffnungen für eine Steuerung der Glutamatübertragung im Nervensystem. Viele neurologische Krankheiten, von Epilepsie bis zu chronisch degenerativen Störungen wie Chorea Huntington, gehen mit Änderungen der Glutamat-Übertragung einher. Die Beobachtung, daß diese Übertragung durch ein Protein zustandekommt, läßt hoffen, daß man die Ursachen dieser Krankheiten besser verstehen und Medikamente entwickeln kann, mit denen man diese Krankheiten behandeln und vielleicht sogar verhindern könnte.

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