Alzheimer-Forschung: Wie Proteine die Informationsverarbeitung im Gehirn steuern

Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Halle. MLU. Ein kompliziertes Zusammenspiel verschiedener Proteine ist nötig, damit Informationen von einer Nervenzelle zur nächsten gelangen können. Forscherinnen und Forscher unter Leitung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) haben es geschafft, diesen Prozess in den synaptischen Vesikeln zu untersuchen, welche dabei eine wichtige Rolle spielen.

Mehrere Milliarden Nervenzellen kommunizieren im Körper miteinander, damit Menschen oder andere Lebewesen ihre Umwelt wahrnehmen und darauf reagieren können. Dabei laufen innerhalb weniger Millisekunden unzählige komplexe, chemische und elektrische Prozesse ab.

“In den Synapsen der Nervenzellen werden spezielle Botenstoffe – sogenannte “Neurotransmitter” – freigesetzt, die die Informationen zwischen den einzelnen Nervenzellen übertragen”, sagt Jun.-Prof. Dr. Carla Schmidt vom Zentrum für Innovationskompetenz HALOmem an der MLU. Diese Botenstoffe sind in kleine Bläschen, die synaptischen Vesikel, verpackt. Letztere verschmelzen auf einen elektrischen Impuls hin mit der Zellmembran und schütten so die Botenstoffe aus, die wiederum von speziellen Rezeptor-Proteinen der folgenden Nervenzelle erkannt werden. Damit das gelingt, arbeiten zahlreiche Proteine zusammen, sie greifen wie Zahnrädchen in einem Uhrwerk ineinander. Bislang wisse man aber noch zu wenig darüber, wie dieser Prozess im Detail abläuft, sagt Schmidt.

Die Forscherinnen und Forscher untersuchten diesen Prozess nun mit Hilfe einer speziellen Form der Massenspektrometrie. Mit der sogenannten Cross-Linking Massenspektrometrie ist es möglich, die Interaktionsstellen der Proteine zu bestimmen. Dabei werden diese mit einer Substanz vermischt, die Proteine in räumlicher Nähe miteinander verknüpft. Je nachdem, wie die Proteine miteinander wechselwirken, reagiert diese Substanz an unterschiedlichen Stellen. Das Massenspektrometer analysiert die Bindungsmuster, über die sich Rückschlüsse auf die Anordnungen der Proteine ziehen lassen. So konnten die Forschenden verschiedene Stadien der Vesikel untersuchen und auch nachweisen, welche Protein-Netzwerke ausgebildet wurden.

Die Studie aus Halle hilft dabei, den Ablauf der Signalweiterleitung in Nervenzellen im Detail besser zu verstehen. Das Wissen über die normalen Prozesse ist die Grundlage, um Fehlfunktionen zu erkennen und zu verstehen, die Krankheiten, wie Alzheimer, auslösen könnten.

Die Studie wurde durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), den Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) und die Alexander von Humboldt-Stiftung unterstützt.

Über die Studie
Wittig S. et al. Cross-linking mass spectrometry uncovers protein interactions and functional assemblies in synaptic vesicle membranes. Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-21102-w