Question to the brain
Wie genau sind Synapsen aufgebaut?
Published: 23.05.2021
Eine Synapse ist die Verbindung zweier Nervenzellen – warum lese ich immer wieder von der dreiteiligen Synapse?
The editor's reply is:
Professor Christian Steinhäuser, Direktor des Institutes für Zelluläre Neurowissenschaften, Universität Bonn: Der Begriff der dreiteiligen Synapse (tripartitate synapse) tauchte 1999 erstmalig in der wissenschaftlichen Literatur auf. Wissenschaftler aus der Gruppe von Phil Haydon stellten damals ein neues Konzept vor, nachdem zwei Nervenzellen nicht nur bilateral miteinander kommunizieren. Vielmehr schmiegen sich Fortsätze von Astrozyten um die Synapse. Sie detektieren deren Aktivität und beeinflussen sie auch. Demnach besteht eine Synapse eben nicht nur aus dem präsynaptischen und postsynaptischen Teil zweier Neuronen. Es gibt auch noch einen dritten Mittspieler: Astrozytenfortsätze.
Wir wissen heute, dass Astrozytenfortsätze direkt mit Synapsen kommunizieren. Werden an einer chemischen Synapse Signale mit Hilfe von Botenstoffen von einem Neuron an das nächste weitergereicht, so reagiert auch der beteiligte Astrozyt. Er registriert die neuronal freigesetzten Botenstoffe über seine Membranrezeptoren, entfernt Botenstoffe aus dem synaptischen Spalt, reagiert unter anderem durch veränderte Kalziumionen-Spiegel in seinem Inneren und schüttet anschließend selbst Botenstoffe aus. Diese werden Gliotransmitter genannt und entsprechen den Neurotransmittern der Nervenzellen. Auf diese Weise moduliert der Astrozyt die Reizweiterleitung an der Synapse.
Das hat Auswirkungen auf die neuronale Plastizität. So haben experimentelle Untersuchungen ergeben, dass die so genannte Langzeitpotenzierung von Synapsen, ein Mechanismus, der neuronale Plastizität ermöglicht und für Gedächtnisbildung unabdingbar ist, ohne die Beteiligung von Astroglia nicht möglich wäre. Auf diese Weise sind Astroglia also direkt am Lernen und an Gedächtnisbildung beteiligt. Daneben werden über die astrozytären Fortsätze auch energiereiche Substrate an die Synapsen gebracht, die die Aufrechterhaltung ihrer Aktivität gewährleisten.
Wir wissen noch nicht genau, wie hoch der Anteil chemischer Synapsen im Gehirn ist, der diese dreiteilige Struktur aufweist. Er ist aber sehr groß. Was wir dagegen wissen: Ein einzelner Astrozyt umhüllt und kontaktiert mit seinen Ausläufern bis zu 140.000 Synapsen. Im Vergleich dazu ist die Zahl synaptischer Kontakte, die Neurone untereinander bilden, meist wesentlich kleiner. Astrozyten können also auch die Aktivität von Neuronen koordinieren, die nicht direkt miteinander synaptisch verbunden sind. Das resultiert in einer unüberschaubar komplexen Interaktion, auf der die Informationsverarbeitung unseres Gehirns beruht.
Aufgezeichnet von Stefanie Reinberger
Synapse
Synapse/-/synapse
Eine Synapse ist eine Verbindung zwischen zwei Neuronen und dient deren Kommunikation. Sie besteht aus einem präsynaptischen Bereich – dem Endknöpfchen des Senderneurons – und einem postsynaptischen Bereich – dem Bereich des Empfängerneurons mit seinen Rezeptoren. Dazwischen liegt der sogenannte synaptische Spalt.
Neuron
Neuron/-/neuron
Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.
Astrozyt
Astrozyt/-/astrocyte, astroglia
Astrozyten sind die größten unter den Gliazellen. Zu ihren Aufgaben gehören z.B. die Immunabwehr (auch Blut-Hirn-Schranke) oder die Wiederaufnahme ausgeschütteter Neurotransmitter (Botenstoffen im Gehirn).
Neuron
Neuron/-/neuron
Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.
Synapse
Synapse/-/synapse
Eine Synapse ist eine Verbindung zwischen zwei Neuronen und dient deren Kommunikation. Sie besteht aus einem präsynaptischen Bereich – dem Endknöpfchen des Senderneurons – und einem postsynaptischen Bereich – dem Bereich des Empfängerneurons mit seinen Rezeptoren. Dazwischen liegt der sogenannte synaptische Spalt.
Neuron
Neuron/-/neuron
Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.
Astrozyt
Astrozyt/-/astrocyte, astroglia
Astrozyten sind die größten unter den Gliazellen. Zu ihren Aufgaben gehören z.B. die Immunabwehr (auch Blut-Hirn-Schranke) oder die Wiederaufnahme ausgeschütteter Neurotransmitter (Botenstoffen im Gehirn).
Gliotransmitter
Gliotransmitter/-/gliotransmitters
Chemische Botenstoffe, die von Astrozyten und anderen Gliazellen freigesetzt werden. Mit ihrer Hilfe kommunizieren die Gliazellen mit anderen Zellen des Nervensystems, beispielsweise wenn es um die Bildung einer Synapse geht. Die häufigsten Typen von Gliotransmittern sind die Aminosäuren Glutamat und D-Serin sowie das Adenosintriphosphat (ATP).
Plastizität
Plastizität/-/neuroplasticity
Der Begriff beschreibt die Fähigkeit von Synapsen, Nervenzellen und ganzen Hirnarealen, sich abhängig vom Grad ihrer Nutzung zu verändern. Mit synaptischer Plastizität ist die Eigenschaft von Synapsen gemeint, ihre Erregbarkeit auf die Intensität der Reize einzustellen, die sie erreichen. Daneben unterliegen auch Größe und Vernetzungsgrad unterschiedlicher Hirnbereiche einem Wandel, der von ihrer jeweiligen Aktivität abhängt. Dieses Phänomen bezeichnen Neurowissenschaftler als corticale Plastizität.
Langzeitpotenzierung
Langzeitpotenzierung/-/long-term potention
Die Langzeitpotenzierung ist die zelluläre Grundlage für Lernen und Gedächnisbildung. Sie beruht auf einer verbesserten Kommunikation zwischen zwei Zellen, man spricht von einer Stärkung der Verbindung. Diese Stärkung kann z.B. durch eine Vergrößerung der Verbindungsstelle, einen Einbau neuer Kanäle oder einer vermehrten Ausschüttung von Transmittern (Botenstoffen) erfolgen.
Neuron
Neuron/-/neuron
Das Neuron ist eine Zelle des Körpers, die auf Signalübertragung spezialisiert ist. Sie wird charakterisiert durch den Empfang und die Weiterleitung elektrischer oder chemischer Signale.