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Neurobiologie

Nervenzellen sind Spezialisten für Kommunikation. Sie nehmen Signale auf und geben Signale weiter, zum Beispiel an Muskelzellen oder an benachbarte Nervenzellen. Gewöhnlich werden die Signale über spezielle Botenstoffe vermittelt. Portionsweise in kleine Membranbläschen – die synaptischen Vesikel – verpackt, liegen die Signalmoleküle im Inneren der Nervenzellen bereit. Wenn elektrische Signale anzeigen, dass eine Botschaft übermittelt werden soll, verschmelzen einige synaptische Vesikel mit der Zellmembran und entleeren ihren Inhalt nach außen.

Synaptische Vesikel sind selbstständige Einheiten, deren molekularer Aufbau weitgehend aufgeklärt werden konnte. Sie enthalten Proteinmoleküle, die die Signale erkennen und die Membranen verschmelzen. Hierbei spielen spezielle Proteine, die sogenannten SNAREs, eine wichtige Rolle.

In unseren Arbeiten wollen wir herausfinden, wie die SNAREs in der Vesikel- und Zellmembran zusammenarbeiten, um die Membranen zu fusionieren. Inzwischen gibt es recht präzise Vorstellungen darüber: Wenn passende SNAREs miteinander in Kontakt treten und sich ineinander verhaken, verändern sie ihre Form. Anscheinend üben sie dabei eine solche Zugkraft aus, dass die Membranen, in denen sie verankert sind, einander extrem nahe kommen und verschmelzen. Diese Reaktion, die von zahlreichen anderen Proteinen kontrolliert wird, lässt sich im Reagenzglas nachstellen. Einer unserer Forschungsschwerpunkte besteht darin, die vielfältigen Faktoren, auf die es dabei ankommt, im Einzelnen zu untersuchen.

SNAREs spielen jedoch nicht nur bei der Fusion synaptischer Vesikel eine Rolle, sondern auch bei den vielfältigen Membranfusionen, die im Inneren jeder Zelle ablaufen. Biologische Membranen werden ständig umgebaut. Dabei schnüren sie kleine Bläschen ab, die sich dann in ein anderes Membransystem einfügen. Die Steuerung dieser SNAREs unterscheidet sich zum Teil erheblich: Schließlich sollen benachbarte Membranen nicht wahllos fusionieren. Nervenzellen zum Beispiel sollen ihre Botenstoffe nur dann ausschütten, wenn sie eine Nachricht zu übermitteln haben. Ein Teil unserer Forschungsarbeiten zielt darauf ab, Unterschiede und Gemeinsamkeiten dieser Prozesse herauszuarbeiten.

Um Neurotransmitter auszuschütten, müssen diese zunächst in die Vesikel hineingepumpt werden, was durch spezielle Proteine, die Neurotransmitter-Transporter,  in der Membran synaptischer Vesikel bewirkt wird. Um die Arbeitsweise dieser Proteine besser zu verstehen, bauen wir diese Proteine in künstliche Vesikel ein und versorgen sie mit Energie, die für den Betrieb dieser Transporter  erforderlich ist.


Pressemitteilungen und Neues aus der Forschung

<em>ERC Advanced Grants </em>für Marina Rodnina, Reinhard Jahn und Markus Zweckstetter<strong><span><br /></span></strong>

Im harten Wettbewerb um europäische Fördergelder haben sich wieder Wissenschaftler vom MPI für biophysikalische Chemie durchgesetzt: Marina Rodnina, Reinhard Jahn und Markus Zweckstetter erhalten jeweils einen der mit rund 2,5 Millionen Euro dotierten ERC Advanced Grants. Die EU zeichnet damit Spitzenforscher aus, die bereits bahnbrechende Erfolge erzielt haben und ein neues, vielversprechendes Projekt angehen möchten. mehr

Auf die Länge kommt es an

Auf die Länge kommt es an

23. Februar 2015

Max-Planck-Wissenschaftler haben einen neuen Mechanismus entdeckt, wie Membranproteine in Gruppen organisiert werden. Entscheidend ist demnach die Länge der wasserunlöslichen Abschnitte der Proteine. (auf Englisch) mehr

Jahrbuchbeitrag (2003)
Wie Nervenzellen miteinander reden – molekulare Maschinen bei der Arbeit
Nervenzellen sind miteinander durch Synapsen verbunden, an denen Signale in Form von Neurotransmittern übertragen werden. Transmitter werden in der Senderzelle in synaptischen Vesikeln gespeichert und durch Calcium-abhängige Exocytose freigesetzt. Es konnte ein quantitatives Modell eines synaptischen Vesikels erstellt werden. Zudem wurden die für die Exocytose verantwortlichen SNARE-Proteine in ihrer Struktur aufgeklärt. Durch Einbau dieser Proteine in künstliche Membranen konnte ihre Regulation durch Calcium besser verstanden und Teilschritte der Membranfusion aufgeklärt werden. mehr
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