{"id":40441,"date":"2019-11-07T15:11:31","date_gmt":"2019-11-07T14:11:31","guid":{"rendered":"https:\/\/www.h-its.org\/de\/?p=40441"},"modified":"2019-11-07T15:11:32","modified_gmt":"2019-11-07T14:11:32","slug":"ac5-de","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.h-its.org\/de\/2019\/11\/07\/ac5-de\/","title":{"rendered":"Auf den Spuren der Erinnerung"},"content":{"rendered":"\n
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Illustration: Tatiana Shepeleva \/Shutterstock<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Der Mensch lernt, solange er lebt, und dies geschieht gew\u00f6hnlich durch\nErfahrung und Interaktion mit seiner Umwelt. Aber wie \u00fcbersetzt das Gehirn Informationen\nvon au\u00dfen in eigene Erinnerungen? Ein internationales Team von Wissenschaftlern\naus Deutschland, Schweden und der Schweiz hat sich dazu im Rahmen des \u201eHuman\nBrain Project\u201c ( <\/strong>www.humanbrainproject.eu<\/strong><\/a> ) die neuronalen Schaltkreise im Striatum n\u00e4her angesehen, dem Teil des\nGehirns, der an der Bildung von Erinnerungen, Verhalten und r\u00fcckmeldungsbasiertem\nLernen beteiligt ist. Die Ergebnisse der Studie wurden jetzt in der Fachzeitschrift PLOS Computational\nBiology Journal ver\u00f6ffentlicht und tragen wesentlich zum Verst\u00e4ndnis\ngrundlegender Funktionen des Nervensystems bei, wie zum Beispiel der\nF\u00e4higkeit zu lernen und sich an ver\u00e4nderte Bedingungen anzupassen.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Wir alle kennen das: wir h\u00f6ren eine Melodie und sie bleibt uns in\nErinnerung, so dass wir sie auch Jahrzehnte sp\u00e4ter noch wiedererkennen. Oder wir sehen ein Gem\u00e4lde von van\nGogh und vergessen es bis an unser Lebensende nicht mehr. Aber wie kann etwas\nso Fl\u00fcchtiges wie eine Melodie zu einem Teil unserer Erinnerung werden\nund unter Umst\u00e4nden sogar unser Verhalten beeinflussen? <\/p>\n\n\n\n

Die Informationsverarbeitung im Gehirn geschieht innerhalb neuronaler Schaltkreise,\ndie durch Synapsen verbunden sind. Jede Ver\u00e4nderung dieser Synapsen hat einen\nEinfluss darauf, wie wir uns an Dinge erinnern oder auf bestimmte Reize\nreagieren. Eine M\u00f6glichkeit, diese neuronalen Schaltkreise zu ver\u00e4ndern, besteht\nin der synaptischen Plastizit\u00e4t, einem Prozess, in dessen Verlauf bestimmte Synapsen\nmit der Zeit entweder verst\u00e4rkt oder geschw\u00e4cht werden, je nach neuronaler\nAktivit\u00e4t. Durch die Analyse der Netzwerke biochemischer Reaktionen, die diesen\nsynaptischen Ver\u00e4nderungen zugrunde liegen, ist es Wissenschaftlern in Heidelberg, Lausanne, J\u00fclich und\nStockholm gelungen, die Mechanismen der Plastizit\u00e4t weiter zu\nentschl\u00fcsseln.  <\/p>\n\n\n\n

\u201cDie Simulation von Plastizit\u00e4tsmechanismen ist entscheidend f\u00fcr unser Verst\u00e4ndnis bestimmter Ph\u00e4nomene auf einem h\u00f6heren Level \u2013 zum Beispiel beim Lernen und der Ged\u00e4chtnisbildung \u2013 die aus molekularen Berechnungen entstehen,\u201d erkl\u00e4rt Jeanette Hellgren Kotaleski<\/a> vom Royal Institute of Technology in Stockholm, eine der Leiterinnen der Studie. <\/p>\n\n\n\n

Bei Neuronen erfolgt die externe und interne Informationsverarbeitung durch synaptische Signal\u00fcbertragungsnetzwerke, die die synaptische Plastizit\u00e4t bestimmen. Manchmal k\u00f6nnen sogar einzelne Molek\u00fcle innerhalb dieser Netzwerke diese Berechnungen ausf\u00fchren. Oft handelt es sich dabei um Enzyme, das hei\u00dft Proteine, die in der Lage sind, bestimmte chemische Reaktionen wesentlich zu beschleunigen oder zu katalysieren. Dies trifft zum Beispiel auf die Familie der Adenylylcyclase-Enzyme bei S\u00e4ugetieren(ACs) zu, die extrazellul\u00e4re Signale in das intrazellul\u00e4re Signalmolek\u00fcl cAMP \u00fcbersetzen, einen der wichtigsten sekund\u00e4ren Botenstoffe der Zelle. \u201cDiese Enzyme faszinieren mich schon seit geraumer Zeit,\u201d so Paolo Carloni <\/a>vom Forschungszentrum J\u00fclich, \u201cweil es hierbei nicht darum geht, wie schnell die katalysierte Reaktion abl\u00e4uft, sondern wie die Natur eine strikte Kontrolle \u00fcber diese chemischen Maschinen aus\u00fcbt: bestimmte akzessorische Proteine setzen die chemischen Reaktionen in Gang, indem sie die AC-Enzyme gezielt ansteuern, andere blockieren sie. Unsere Arbeit ist ein wesentlicher Schritt hin zu einem besseren Verst\u00e4ndnis der sogenannten \u201cMolek\u00fclerkennung\u201d dieser AC-Proteine, basierend auf den Neuronen, die die Geschwindigkeit der von AC katalysierten Reaktion mit erstaunlicher Pr\u00e4zision und Genauigkeit steuern k\u00f6nnen. Dies wiederum aktiviert nachfolgende Prozesse, die f\u00fcr die neuronale Funktion Voraussetzung sind.\u201d<\/p>\n\n\n\n

Das Gehirn exprimiert neun membrangebundene AC-Varianten, wobei AC5 die dominante Form im Striatum darstellt. Beim r\u00fcckmeldungsbasierten Lernen ist die cAMP-Produktion entscheidend f\u00fcr die St\u00e4rkung der Synapsen von den kortikalen Neuronen auf die striatalen Prinzipalneuronen und die Produktion h\u00e4ngt von verschiedenen neuromodulatorischen Systemen ab, wie zum Beispiel Dopamin und Acetylcholin. \u201cF\u00fcr diese Studie haben wir die  Expertise von Wissenschaftlern aus vier verschiedenen Instituten geb\u00fcndelt, um gemeinsam einen Mehrskalensimulationsansatz zu entwickeln und daraus ein kinetisches Modell des AC5-abh\u00e4ngigen Signalsystems zu erstellen,\u201d fasst Rebecca Wade<\/a>, die Leiterin der Studie am Heidelberger Institut f\u00fcr Theoretische Studien (HITS), die Ergebnisse zusammen. \u201cAusgehend von diesem Modell k\u00f6nnen wir ermitteln, wie AC5 bestimmte Kombinationen simultan ablaufender Ver\u00e4nderungen bei neuromodulatorischen Signalen erkennt, die zu einer synergistischen cAMP-Produktion f\u00fchren.\u201c <\/p>\n\n\n\n

Die Ergebnisse dieser Studie basieren auf der Arbeit folgender Forschungsgruppen: Rebecca Wade<\/a> vom Heidelberger Institut f\u00fcr Theoretische Studien<\/a>, Ursula Roethlisberger<\/a> von der \u00c9cole Polytechnique F\u00e9d\u00e9rale de Lausanne<\/a>, Paolo Carloni vom Forschungszentrum J\u00fclich<\/a> und Jeanette Hellgren Kotaleski <\/a>vom Royal Institute of Technology, Stockholm<\/a>. Die Forschungsarbeiten wurden aus Mitteln des Human Brain Project<\/a> finanziell unterst\u00fctzt.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure>\n\n\n\n

Bild: Daniel Trpevski, Karolinska Institut, Stockholm<\/em> <\/p>\n\n\n\n

Publikation:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Bruce NJ, Narzi D, Trpevski D, van Keulen SC, Nair AG, et al. (2019) Regulation of adenylyl cyclase 5 in striatal neurons confers the ability to detect coincident neuromodulatory signals. PLOS Computational Biology 15(10): e1007382. https:\/\/doi.org\/10.1371\/journal.pcbi.1007382<\/a><\/em><\/p>\n\n\n\n

Wissenschaftliche Kontakte<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

Prof. Dr. Rebecca Wade
Molecular and Cellular Modeling group
Heidelberger Institut f\u00fcr Theoretische Studien (HITS)
Tel.: +49 6221 533 245
rebecca.wade@h-its.org<\/a> <\/p>\n\n\n\n

Prof. Dr. Paolo Carloni
Institute of Advanced Simulation
Forschungszentrum J\u00fclich
Tel.: +49 2461 61 8941
p.carloni@fz-juelich.de<\/a>

Prof. Dr. Jeannette Hellgren Kotaleski
KTH Royal Institute of Technology, Stockholm
Tel.: +46 8 524 871 80
jeannette.hellgren@ki.se<\/a>
<\/p>\n\n\n\n

Medienkontakt <\/strong><\/h4>\n\n\n\n


Dr. Peter Saueressig
Head of Communications
Heidelberger Institut f\u00fcr Theoretische Studien (HITS)
Phone: +49 6221 533 245
peter.saueressig@h-its.org<\/a> <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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