Ausgabe 01/2020 - Abstract 2

Astrid Rollenhagen and Joachim H. R. Lübke

Zusammenfassung:
Synapsen sind Schlüsselelemente der Kommunikation zwischen Neuronen in jedem beliebigen Netzwerk des normal adulten, sich entwickelnden, bzw. krankhaft veränderten Gehirns. Synapsen sind nahezu aus den gleichen strukturellen Subelementen aufgebaut: einem präsynaptischen Element, welches Mitochondrien und eine ultrastrukturell sichtbare Proteinverdichtung der Membran mit einem Cocktail verschiedener synaptischer Proteine enthält, welche für die Bindung‚ das „Priming“ und das Andocken synaptischer Vesikel verantwortlich sind. Das präsynaptische Terminal (synaptischer Bouton) kann einige hundert bis zu einigen tausend synaptische Vesikel enthalten. Die präsynaptische Seite ist durch den synaptischen Spalt von der postsynaptischen Dichte der Zielstruktur getrennt, die entweder Somata, Dendriten, dendritische „Spines“ oder Axoninitialsegmente darstellen. Die postsynaptische Dichte enthält wiederum spezifische synaptische Proteine, aber noch wichtiger verschiedene Neurotransmitter-Rezeptoren und deren Untereinheiten, die je nach Synapsentyp individuell komponiert und arrangiert sind. Neben dem Netzwerk, in welches Synapsen integriert sind, kommt deren Aufbau, d. h. der Anzahl, Verteilung und dem Aufbau aktiver Zonen (strukturelles Äquivalent zur funktionellen Neurotransmitter-Freisetzungsstelle) und den drei funktionell definierten „Pools“ synaptischer Vesikel, dem sog. „Readily Releasable“, dem „Recycling“ und dem Reservepool, eine entscheidende Rolle für die Funktion einzelner synaptischer Verbindungen innerhalb eines gegebenen und des gesamten Netzwerks, wie zum Beispiel der kortikalen Kolumne, zu. Zum Ende des letzten Jahrhunderts wurde begonnen quantitative 3D-Modelle synaptischer Boutons und deren Zielstrukturen zu generieren, welches eine Möglichkeit darstellt korrelierte Struktur/Funktions-Beziehungen herzustellen. In anderen Worten: erlaubt die strukturelle Komposition von Synapsen verlässliche Voraussagen zu ihrer Funktion? Die „Wiederentdeckung“ der Elektronmikroskopie (EM) als ein wichtiges Instrument hat mittels hochmoderner, hochauflösender Transmission-EM, der Einführung der „Focused Ion Beam Scanning-EM“ Technologie, die Etablierung von CRYO-EM sowie EM-Tomographie zu einem enormen Erkenntnisgewinn der synaptischen Organisation in verschiedenen Tiermodellen, aber auch zu neuen Erkenntnissen im „Mikrokosmos“ des gesunden und erkrankten menschlichen Gehirns geführt.

Keywords: synaptic organization, neocortex, electron microscopy, quantitative 3D-volume reconstruction, 3D-models of synaptic boutons