{"id":{"repo_id":"freiburg-diss","oai_identifier":"oai:freidok.uni-freiburg.de:1469"},"canonical_url":"https://search.dev.ndltd.org/etd/freiburg-diss/oai:freidok.uni-freiburg.de:1469","repository":{"repo_id":"freiburg-diss","name":"University of Freiburg","base_url":"https://freidok.uni-freiburg.de/oai/oai2.php"},"display":{"title":"Untersuchungen zum Zeitverlauf der Transmitterfreisetzung an einer glutamatergen Synapse","abstract":"Information im Nervensystem wird durch chemische oder elektrische Signale übermittelt. An chemischen Synapsen werden bei einer Erregung präsynaptischer Endigungen Transmittersubstanzen ausgeschüttet, die in Vesikeln gespeichert sind. Mit welchem genauen Zeitverlauf der Transmitter aus einzelnen Vesikeln abgegeben wird, ist nicht abschließend geklärt. Insbesondere ist umstritten, ob in einem raschen Entleerungsvorgang stets der gesamte Vesikelinhalt freigesetzt wird oder ob Kinetik und Vollständigkeit der Vesikelentleerung reguliert werden. <br>In der vorliegenden Arbeit wurde der Zeitverlauf von postsynaptischen Strömen (EPSCs) an einer glutamatergen Synapse untersucht, an der die postsynaptischen Rezeptoren aufgrund ihres Schaltverhaltens gut als Detektoren für den Glutamatzeitverlauf im synaptischen Spalt geeignet erschienen. Wenn der Inhalt von einzelnen Vesikeln freigesetzt wurde, trat im EPSC eine Verzögerung während der Phase des Stromabfalls auf, die paradoxerweise stärker ausgeprägt war als bei multiquantalen EPSCs. Eine Serie von Experimenten unter anderem unter Verwendung von Rezeptorantagonisten und genetisch veränderten Rezeptoren zeigte, daß die Verzögerung des Stromabfalls durch lange Anwesenheit von Glutamat im synaptischen Spalt bedingt ist. Mit Hilfe realitätsbasierter Computersimulationen wurde der Zeitverlauf der quantalen Glutamatfreisetzung quantitativ analysiert. Dabei stellte sich heraus, daß bei Annahme einer relativ langsamen Transmitterfreisetzung durch eine enge und sich erst nach etwa einer Millisekunde dilatierende Fusionspore die experimentell gefundenen quantalen Stromzeitverläufe reproduziert werden können. Weitere Evidenzen für die Annahme solch einer Fusionsporenregulation ergaben Messungen an Knockout-Tieren des präsynaptischen Proteins Endophilin, die Glutamat nur im sogenannten Kiss-and-run-Modus freisetzen können. Ferner zeigte sich, daß der Zeitverlauf der synaptischen Ströme von den exprimierten Synaptotagmin-Isoformen, von Calcium und von Proteinkinase-C-abhängiger Proteinphosphorylierung abhing, konsistent mit der Annahme einer Fusionsporenregulation. <br>Diese Arbeit zeigt, daß Glutamat aus einzelnen Vesikeln über eine Zeitdauer von Millisekunden freigesetzt wird und daß dies, abhängig vom präsynaptischen Calciumeinstrom und der molekularen Zusammensetzung der Freisetzungsmaschinerie, durch die Regulation der Fusionspore gesteuert wird. Durch die hier etablierten Analysemethoden wird eine wesentliche Grundlage für weitere molekulare Untersuchungen der präsynaptischen Funktion geschaffen. Unter Berücksichtigung der Evidenzen, daß eine Veränderung des Zeitverlaufs der vesikulären Transmitterfreisetzung auf die Effizienz synaptischer Übertragung einwirkt, ist anzunehmen, daß die hier dargestellten physiologischen Vorgänge einen Mechanismus synaptischer Plastizität beschreiben.","abstract_html":"Information im Nervensystem wird durch chemische oder elektrische Signale übermittelt. An chemischen Synapsen werden bei einer Erregung präsynaptischer Endigungen Transmittersubstanzen ausgeschüttet, die in Vesikeln gespeichert sind. Mit welchem genauen Zeitverlauf der Transmitter aus einzelnen Vesikeln abgegeben wird, ist nicht abschließend geklärt. Insbesondere ist umstritten, ob in einem raschen Entleerungsvorgang stets der gesamte Vesikelinhalt freigesetzt wird oder ob Kinetik und Vollständigkeit der Vesikelentleerung reguliert werden. &lt;br&gt;In der vorliegenden Arbeit wurde der Zeitverlauf von postsynaptischen Strömen (EPSCs) an einer glutamatergen Synapse untersucht, an der die postsynaptischen Rezeptoren aufgrund ihres Schaltverhaltens gut als Detektoren für den Glutamatzeitverlauf im synaptischen Spalt geeignet erschienen. Wenn der Inhalt von einzelnen Vesikeln freigesetzt wurde, trat im EPSC eine Verzögerung während der Phase des Stromabfalls auf, die paradoxerweise stärker ausgeprägt war als bei multiquantalen EPSCs. Eine Serie von Experimenten unter anderem unter Verwendung von Rezeptorantagonisten und genetisch veränderten Rezeptoren zeigte, daß die Verzögerung des Stromabfalls durch lange Anwesenheit von Glutamat im synaptischen Spalt bedingt ist. Mit Hilfe realitätsbasierter Computersimulationen wurde der Zeitverlauf der quantalen Glutamatfreisetzung quantitativ analysiert. Dabei stellte sich heraus, daß bei Annahme einer relativ langsamen Transmitterfreisetzung durch eine enge und sich erst nach etwa einer Millisekunde dilatierende Fusionspore die experimentell gefundenen quantalen Stromzeitverläufe reproduziert werden können. Weitere Evidenzen für die Annahme solch einer Fusionsporenregulation ergaben Messungen an Knockout-Tieren des präsynaptischen Proteins Endophilin, die Glutamat nur im sogenannten Kiss-and-run-Modus freisetzen können. Ferner zeigte sich, daß der Zeitverlauf der synaptischen Ströme von den exprimierten Synaptotagmin-Isoformen, von Calcium und von Proteinkinase-C-abhängiger Proteinphosphorylierung abhing, konsistent mit der Annahme einer Fusionsporenregulation. &lt;br&gt;Diese Arbeit zeigt, daß Glutamat aus einzelnen Vesikeln über eine Zeitdauer von Millisekunden freigesetzt wird und daß dies, abhängig vom präsynaptischen Calciumeinstrom und der molekularen Zusammensetzung der Freisetzungsmaschinerie, durch die Regulation der Fusionspore gesteuert wird. Durch die hier etablierten Analysemethoden wird eine wesentliche Grundlage für weitere molekulare Untersuchungen der präsynaptischen Funktion geschaffen. Unter Berücksichtigung der Evidenzen, daß eine Veränderung des Zeitverlaufs der vesikulären Transmitterfreisetzung auf die Effizienz synaptischer Übertragung einwirkt, ist anzunehmen, daß die hier dargestellten physiologischen Vorgänge einen Mechanismus synaptischer Plastizität beschreiben.","abstract_has_math":false,"creators":["Pawlu, Christian Manuel"],"institution":null,"degree_name":null,"degree_level":null,"degree_discipline":null,"degree_department":null,"school":null,"contributors":["Heckmann, Manfred"],"advisors":[],"committee_chairs":[],"committee_members":[],"year":null,"date_issued":"","date_published":null,"updated_at":"2026-07-24T02:22:16Z","subjects":["synapse","neurotransmitter","Drosophila","synaptic vesicles","exocytosis","computer simulation","synaptotagmin"],"languages":[],"rights":[],"rights_urls":[],"identifier_entries":[]},"links":{"outbound_url":"https://freidok.uni-freiburg.de/data/1469","outbound_label":"Repository record","outbound_source":"source_url"},"metadata_groups":[{"id":"people","label":"People","entries":[{"key":"dc:contributor","label":"Contributor","values":["Heckmann, Manfred"]},{"key":"dc:creator","label":"Author","values":["Pawlu, Christian Manuel"]}]},{"id":"academic_context","label":"Academic Context","entries":[{"key":"dc:type","label":"Dc Type","values":["DoctoralThesis"]}]},{"id":"subjects_keywords","label":"Subjects and Keywords","entries":[{"key":"dc:subject","label":"Dc Subject","values":["synapse","neurotransmitter","Drosophila","synaptic vesicles","exocytosis","computer simulation","synaptotagmin"]}]},{"id":"additional","label":"Additional Metadata","entries":[{"key":"dc:description.abstract","label":"Abstract","values":["Information im Nervensystem wird durch chemische oder elektrische Signale übermittelt. An chemischen Synapsen werden bei einer Erregung präsynaptischer Endigungen Transmittersubstanzen ausgeschüttet, die in Vesikeln gespeichert sind. Mit welchem genauen Zeitverlauf der Transmitter aus einzelnen Vesikeln abgegeben wird, ist nicht abschließend geklärt. Insbesondere ist umstritten, ob in einem raschen Entleerungsvorgang stets der gesamte Vesikelinhalt freigesetzt wird oder ob Kinetik und Vollständigkeit der Vesikelentleerung reguliert werden. <br>In der vorliegenden Arbeit wurde der Zeitverlauf von postsynaptischen Strömen (EPSCs) an einer glutamatergen Synapse untersucht, an der die postsynaptischen Rezeptoren aufgrund ihres Schaltverhaltens gut als Detektoren für den Glutamatzeitverlauf im synaptischen Spalt geeignet erschienen. Wenn der Inhalt von einzelnen Vesikeln freigesetzt wurde, trat im EPSC eine Verzögerung während der Phase des Stromabfalls auf, die paradoxerweise stärker ausgeprägt war als bei multiquantalen EPSCs. Eine Serie von Experimenten unter anderem unter Verwendung von Rezeptorantagonisten und genetisch veränderten Rezeptoren zeigte, daß die Verzögerung des Stromabfalls durch lange Anwesenheit von Glutamat im synaptischen Spalt bedingt ist. Mit Hilfe realitätsbasierter Computersimulationen wurde der Zeitverlauf der quantalen Glutamatfreisetzung quantitativ analysiert. Dabei stellte sich heraus, daß bei Annahme einer relativ langsamen Transmitterfreisetzung durch eine enge und sich erst nach etwa einer Millisekunde dilatierende Fusionspore die experimentell gefundenen quantalen Stromzeitverläufe reproduziert werden können. Weitere Evidenzen für die Annahme solch einer Fusionsporenregulation ergaben Messungen an Knockout-Tieren des präsynaptischen Proteins Endophilin, die Glutamat nur im sogenannten Kiss-and-run-Modus freisetzen können. Ferner zeigte sich, daß der Zeitverlauf der synaptischen Ströme von den exprimierten Synaptotagmin-Isoformen, von Calcium und von Proteinkinase-C-abhängiger Proteinphosphorylierung abhing, konsistent mit der Annahme einer Fusionsporenregulation. <br>Diese Arbeit zeigt, daß Glutamat aus einzelnen Vesikeln über eine Zeitdauer von Millisekunden freigesetzt wird und daß dies, abhängig vom präsynaptischen Calciumeinstrom und der molekularen Zusammensetzung der Freisetzungsmaschinerie, durch die Regulation der Fusionspore gesteuert wird. Durch die hier etablierten Analysemethoden wird eine wesentliche Grundlage für weitere molekulare Untersuchungen der präsynaptischen Funktion geschaffen. Unter Berücksichtigung der Evidenzen, daß eine Veränderung des Zeitverlaufs der vesikulären Transmitterfreisetzung auf die Effizienz synaptischer Übertragung einwirkt, ist anzunehmen, daß die hier dargestellten physiologischen Vorgänge einen Mechanismus synaptischer Plastizität beschreiben.","In the nervous system information is processed by chemical or electrical signals. Excitation of the presynaptic terminal triggers the release of neurotransmitter from synaptic vesicles at chemical synapses. The exact time course of vesicle emptying is still a matter of debate. In particular, there is a controversy whether all the vesicle content is always released in a rapid event or if the kinetics and the extent of vesicle emptying are subjected to regulation mechanisms. <br>In the work presented here the time course of postsynaptic currents (EPSCs) has been investigated in a glutamatergic synapse, where the postsynaptic receptors - due to their kinetic properties - appeared to be suitable detectors of the glutamate concentration time course in the synaptic cleft. In release events from single vesicles the decay phase of the monoquantal synaptic currents appeared to be delayed. This phenomenon was less pronounced in multiquantal EPSCs. A number of experiments, including the use of receptor antagonists and genetically altered receptors, showed that the protraction in the current decay is caused by long presence of glutamate in the synaptic cleft. In reality-based computer simulations the time course of quantal glutamate release was analyzed in a quantitative manner. The simulations were able to reproduce the quantal current shapes found in the experiments when relatively slow vesicle emptying through a narrow fusion pore that dilates after roughly a millisecond was assumed. Evidence for such a fusion pore regulation was also obtained from measurements in animals with knock-out mutations of the presynaptic protein endophilin. Furthermore the time course of synaptic currents depends on the expressed synaptotagmin isoforms, on calcium, and on proteinkinase C dependent protein phosphorylation, which all may contribute to fusion pore regulation. <br>This work shows that glutamate release from single vesicles takes milliseconds and is regulated by the fusion pore diameter dependent on presynaptic calcium influx and the molecular composition of the release machinery. Considering the evidence that the time course of vesicle emptying affects the efficiency of synaptic transmission, the physiological processes analyzed here may contribute to a mechanism of synaptic plasticity."]},{"key":"dc:format.medium","label":"Dc Format Medium","values":["application/pdf"]},{"key":"dc:title","label":"Title","values":["Untersuchungen zum Zeitverlauf der Transmitterfreisetzung an einer glutamatergen Synapse","Studies on the time course of transmitter release in a glutamatergic synapse"]}]}],"canonical_facts":{"dc:contributor":["Heckmann, Manfred"],"dc:creator":["Pawlu, Christian Manuel"],"dc:description.abstract":["Information im Nervensystem wird durch chemische oder elektrische Signale übermittelt. An chemischen Synapsen werden bei einer Erregung präsynaptischer Endigungen Transmittersubstanzen ausgeschüttet, die in Vesikeln gespeichert sind. Mit welchem genauen Zeitverlauf der Transmitter aus einzelnen Vesikeln abgegeben wird, ist nicht abschließend geklärt. Insbesondere ist umstritten, ob in einem raschen Entleerungsvorgang stets der gesamte Vesikelinhalt freigesetzt wird oder ob Kinetik und Vollständigkeit der Vesikelentleerung reguliert werden. <br>In der vorliegenden Arbeit wurde der Zeitverlauf von postsynaptischen Strömen (EPSCs) an einer glutamatergen Synapse untersucht, an der die postsynaptischen Rezeptoren aufgrund ihres Schaltverhaltens gut als Detektoren für den Glutamatzeitverlauf im synaptischen Spalt geeignet erschienen. Wenn der Inhalt von einzelnen Vesikeln freigesetzt wurde, trat im EPSC eine Verzögerung während der Phase des Stromabfalls auf, die paradoxerweise stärker ausgeprägt war als bei multiquantalen EPSCs. Eine Serie von Experimenten unter anderem unter Verwendung von Rezeptorantagonisten und genetisch veränderten Rezeptoren zeigte, daß die Verzögerung des Stromabfalls durch lange Anwesenheit von Glutamat im synaptischen Spalt bedingt ist. Mit Hilfe realitätsbasierter Computersimulationen wurde der Zeitverlauf der quantalen Glutamatfreisetzung quantitativ analysiert. Dabei stellte sich heraus, daß bei Annahme einer relativ langsamen Transmitterfreisetzung durch eine enge und sich erst nach etwa einer Millisekunde dilatierende Fusionspore die experimentell gefundenen quantalen Stromzeitverläufe reproduziert werden können. Weitere Evidenzen für die Annahme solch einer Fusionsporenregulation ergaben Messungen an Knockout-Tieren des präsynaptischen Proteins Endophilin, die Glutamat nur im sogenannten Kiss-and-run-Modus freisetzen können. Ferner zeigte sich, daß der Zeitverlauf der synaptischen Ströme von den exprimierten Synaptotagmin-Isoformen, von Calcium und von Proteinkinase-C-abhängiger Proteinphosphorylierung abhing, konsistent mit der Annahme einer Fusionsporenregulation. <br>Diese Arbeit zeigt, daß Glutamat aus einzelnen Vesikeln über eine Zeitdauer von Millisekunden freigesetzt wird und daß dies, abhängig vom präsynaptischen Calciumeinstrom und der molekularen Zusammensetzung der Freisetzungsmaschinerie, durch die Regulation der Fusionspore gesteuert wird. Durch die hier etablierten Analysemethoden wird eine wesentliche Grundlage für weitere molekulare Untersuchungen der präsynaptischen Funktion geschaffen. Unter Berücksichtigung der Evidenzen, daß eine Veränderung des Zeitverlaufs der vesikulären Transmitterfreisetzung auf die Effizienz synaptischer Übertragung einwirkt, ist anzunehmen, daß die hier dargestellten physiologischen Vorgänge einen Mechanismus synaptischer Plastizität beschreiben.","In the nervous system information is processed by chemical or electrical signals. Excitation of the presynaptic terminal triggers the release of neurotransmitter from synaptic vesicles at chemical synapses. The exact time course of vesicle emptying is still a matter of debate. In particular, there is a controversy whether all the vesicle content is always released in a rapid event or if the kinetics and the extent of vesicle emptying are subjected to regulation mechanisms. <br>In the work presented here the time course of postsynaptic currents (EPSCs) has been investigated in a glutamatergic synapse, where the postsynaptic receptors - due to their kinetic properties - appeared to be suitable detectors of the glutamate concentration time course in the synaptic cleft. In release events from single vesicles the decay phase of the monoquantal synaptic currents appeared to be delayed. This phenomenon was less pronounced in multiquantal EPSCs. A number of experiments, including the use of receptor antagonists and genetically altered receptors, showed that the protraction in the current decay is caused by long presence of glutamate in the synaptic cleft. In reality-based computer simulations the time course of quantal glutamate release was analyzed in a quantitative manner. The simulations were able to reproduce the quantal current shapes found in the experiments when relatively slow vesicle emptying through a narrow fusion pore that dilates after roughly a millisecond was assumed. Evidence for such a fusion pore regulation was also obtained from measurements in animals with knock-out mutations of the presynaptic protein endophilin. Furthermore the time course of synaptic currents depends on the expressed synaptotagmin isoforms, on calcium, and on proteinkinase C dependent protein phosphorylation, which all may contribute to fusion pore regulation. <br>This work shows that glutamate release from single vesicles takes milliseconds and is regulated by the fusion pore diameter dependent on presynaptic calcium influx and the molecular composition of the release machinery. Considering the evidence that the time course of vesicle emptying affects the efficiency of synaptic transmission, the physiological processes analyzed here may contribute to a mechanism of synaptic plasticity."],"dc:format.medium":["application/pdf"],"dc:subject":["synapse","neurotransmitter","Drosophila","synaptic vesicles","exocytosis","computer simulation","synaptotagmin"],"dc:title":["Untersuchungen zum Zeitverlauf der Transmitterfreisetzung an einer glutamatergen Synapse","Studies on the time course of transmitter release in a glutamatergic synapse"],"dc:type":["DoctoralThesis"]},"updated_at":"2026-07-24T02:22:16Z"}