Forschende des Instituts für Biochemie der Universität zu Köln haben eine Schlüsselerkenntnis über die molekulare Grundlage der Synapsenbildung im zentralen Nervensystem gewonnen. Sie untersuchten inhibitorische Synapsen, die sogenannten „Bremsen“ in unserem Gehirn, die dafür sorgen, dass ein Signal nicht mehr weitergeleitet wird. Konkret untersuchten die Forschenden das Protein Gephyrin, das die eine Hälfte dieser Synapsen, die sogenannte postsynaptische Dichte, stabilisiert. Die in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlichte Studie „Gephyrin filaments represent the molecular basis of inhibitory postsynaptic densities“ beschreibt eine bisher unbekannte Form der molekularen Interaktion im Protein Gephyrin, das durch diese Interaktion längliche Filamente bildet. Diese Filamente sind die organisatorische Grundlage für die Bildung der Postsynapse, was wiederum zur Bildung von Milliarden von Synapsen führt, die das Gehirn für quasi alle komplexen Funktionen der Kommunikation nutzt.

Unter der Leitung von Professor Dr. Günter Schwarz und Professor Dr. Elmar Behrmann verwendete das Team modernste Kryo-Elektronenmikroskopie, um die dreidimensionale Struktur von Gephyrin sichtbar zu machen. Ein überraschendes Ergebnis war, dass eine Domäne von Gephyrin, die an den Neurorezeptor bindet und Dimere (größere Strukturen aus einem Proteinpaar) bildet, verlängerte Filamente aufbaut. Bislang ging die Forschung davon aus, dass Proteine in phasengetrennten Kondensaten ungeordnet waren, doch Strukturen unter dem Mikroskop zeigten einen hohen Grad an Organisation. Zusätzlich zu dieser strukturellen Arbeit ergaben In-vitro-Experimente und Arbeiten an isolierten Zelllinien, dass diese Filamente für die Synapsenbildung erforderlich sind und erklärten, warum bestimmte Mutationen im Gephyrin neurologische Erkrankungen auslösen.

„Dies ist ein enormer Durchbruch für unser Verständnis der molekularen Bildung inhibitorischer Synapsen“, sagt Hauptautor Günter Schwarz. „Unsere Ergebnisse haben bedeutende Auswirkungen auf die Entwicklung neuer Therapien für neurologische Erkrankungen wie Epilepsie, die mit diesen Synapsen zusammenhängen.“

Original Paper:

Gephyrin filaments represent the molecular basis of inhibitory postsynaptic densities | Nature Communications

Redaktion: X-Press Journalistenbüro GbR

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