Untersuchungen zum Zeitverlauf der Transmitterfreisetzung an einer glutamatergen Synapse

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.

Author dc:creator

• Pawlu, Christian Manuel

Contributors dc:contributor

• Heckmann, Manfred

• synapse
• neurotransmitter
• Drosophila
• synaptic vesicles
• exocytosis
• computer simulation
• synaptotagmin

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