Neue Studie enthüllt „Nebenjob“ von Teilen der Proteinvernichtungsmaschine des Gehirns an den Synapsen
Eine neue Studie von Forscher:innen des Max-Planck-Instituts für Hirnforschung hat einen "Nebenjob" eines Komplexes aufgedeckt, der normalerweise für den Abbau von Proteinen in den Zellen zuständig ist: das Proteasom. Durch Zählen und Sichtbarmachen einzelner Proteinkomplexe fanden die Wissenschaftler:innen heraus, dass ein Teil des Proteasoms (der 19S-Regulationskomplex) in der Nähe von Gehirnsynapsen reichlich vorhanden ist, wo er synaptische Proteine und die Übertragung allein - ohne seinen Partner - reguliert.
Veröffentlicht: 26.05.2023
Das menschliche Gehirn besitzt über 100 Billionen Synapsen. Diese synaptischen Verbindungen definieren neuronale Schaltkreise und speichern Informationen ein Leben lang. Die wichtigsten Funktionsmoleküle innerhalb der Synapsen, die Proteine, haben jedoch nur eine durchschnittliche Haltbarkeit von einer Woche. Das bedeutet, dass Synapsen ständig alte Proteine abbauen und neue Kopien synthetisieren müssen, um sie zu ersetzen. Die Homöostase der Proteine an den Synapsen ist für alle Aspekte der Gehirnfunktion von grundlegender Bedeutung und ihr Ungleichgewicht führt zu neurologischen Störungen. Die meisten zellulären Proteine des Gehirns werden von einer Multikomponenten-Maschine namens Proteasom abgebaut.
Das Proteasom, die Protein-Müllabfuhr der Zelle, besteht aus zwei Teilen: einem für die Erkennung der Proteine (dem sogenannten 19S-Komplex) und einem für deren Abbau (dem 20S-Komplex). Bisher ging man davon aus, dass der 19S-Komplex nur mit seinem Partner, dem 20S-Komplex, zusammenarbeitet. Eine kürzlich in Science veröffentlichte Studie aus dem Labor von Professor Erin Schuman (ebenfalls Direktorin am Max-Planck-Institut für Hirnforschung) zeigt, dass dies nicht immer der Fall ist. In den entlegenen Regionen des Neurons - den Dendriten, wo die Informationen an den Synapsen von einem Neuron zum anderen übertragen werden - zeigten "Super-Resolution"-Visualisierungsmethoden, dass der 19S-Komplex des Proteasoms viel häufiger vorkommt als der 20S-Komplex und oft allein zu finden ist. Überraschenderweise zeigten funktionelle Studien, dass das freie 19S-Partikel synaptische Proteine reguliert, ohne deren Abbau zu fördern. Es erkennt eine spezielle Gruppe synaptischer Moleküle (z. B. Neurotransmitter-Rezeptoren, auch AMPA-Rezeptoren genannt) und verändert deren Dynamik und Lokalisierung innerhalb der Synapse. Diese Studie offenbart einen faszinierenden und flexiblen Aspekt der Synapsenbiologie, bei dem sich komplexe Proteinmaschinen wahrscheinlich an subzelluläre Bedürfnisse angepasst haben und alternative Funktionen übernehmen.
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.
Homöostase
Homöostase/-/homeostasis
Die Homöostase ist die Stabilität des Stoffwechsels, der Körpertemperatur, des Blutdrucks usw. und ihre Verteidigung gegenüber Störungen der Umwelt. Die Aufrechterhaltung der Homöostase wird vom autonomen Nervensystem gesteuert, der Mensch kann also willentlich nicht direkt auf seine Regulierung Einfluss nehmen.
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.
Originalpublikation
Chao Sun, Kristina Desch, Belquis Nassim-Assir, Stefano L. Giandomenico, Paulina Nemcova, Julian D. Langer, Erin M. Schuman; An Abundance of Free Proteasomal Regulatory (19S) Particles Regulates Neuronal Synapses Independent of the Proteasome; Science, 2023
Source
