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EPFL: Das Rasterkraftmikroskop zeigt die Kommunikation der Neuronen

Lausanne (ots) - Einem interdisziplinären Team der EPFL und der UNIL gelang eine Weltpremiere: Die Forscher gewannen dank des Rasterkraftmikroskops neue Erkenntnisse über die Funktionsweise des Gehirns. Untersucht wurden Proteine, die für die Übermittlung von Signalen im Gehirn verantwortlich sind. Mit dem Mikroskop konnten die Wissenschaftler die Kraft, die zwischen den Proteinen beim Informationsaustausch aktiv ist, sichtbar machen und anschliessend berechnen. Die Zeitschrift PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) widmet diesem Versuch einen Artikel.

Alexandre Yersin ist stolz auf seine Entdeckung: «Das Rasterkraftmikroskop (AFM) wird hier erstmals zur Erforschung der Funktionsweise des Gehirns eingesetzt. Ich habe als Physiker in einem Team von Biologen daran mitgearbeitet, und wir haben auch die Hilfe von theoretischen Physikern in Anspruch genommen. Dieses disziplinübergreifende Projekt war eine sehr fruchtbare Erfahrung.» Die Auflösung des AFM ist so hoch, dass die Atome sichtbar werden. Die extrem feine Mikroskopspitze ist mit einer Feder gekoppelt, die die Unregelmässigkeiten der abgetasteten Oberfläche weiterleitet. Bei diesem Experiment wurden zwei Proteine mit Hilfe der Spitze einander angenähert, bis sie sich verbanden. Daraufhin trennte sie der Wissenschaftler mithilfe der Mikroskopspitze und konnte dabei die Kraft, die sie verband, genau messen. Anschliessend wurde das Experiment in einer Versuchsanordnung wiederholt, die bis zu vier Proteine erhielt. Mit den so gewonnenen Resultaten konnten die Forscher zum ersten Mal die Reihenfolge bestimmen, in welcher die Proteine untereinander aktiv werden. Damit besitzen sie nun einen Schlüsselfaktor, um den hochkomplexen Vorgang des Informationsaustauschs zwischen den Neuronen zu verstehen.

Zusammenarbeit zwischen EPFL und UNIL Dieser Forschungserfolg ist ein Beleg für das Potenzial von disziplinübergreifenden Arbeiten und die geplante Umstrukturierung im Rahmen des Projekts Science-Vie-Société, an dem sich die Universität Lausanne (UNIL), die EPFL und die Universität Genf beteiligen. Das Wissenschaftlerteam wurde von Stefan Catsicas, Professor in zellularer Neurobiologie an der EPFL geleitet und umfasste auch Molekularbiologen, die die untersuchten Proteine klonten. Alexandre Yersin, Physiker und Doktorand in Neurobiologie, sowie Sandor Kasas, Doktor in Medizin an der UNIL, zeichneten für Durchführung und Supervision der AFM-Experimente verantwortlich. Die Arbeit stützte sich auf die Kompetenzen der Arbeitsgruppe für Physik der kondensierten Materie unter der Leitung von Professor Giovanni Dietler von der UNIL. Für die komplexeren Berechnungen konnten die Forscher auch auf die Hilfe von Paolo de Los Rios, einem theoretischen Physiker und ebenfalls Professor an der UNIL, zählen.

Ein Fortschritt beim Verständnis des Gedächtnisses Diese Forschungsresultate geben einen besseren Einblick in die Regulierung der Sekretion von Neurotransmittern, den Botensubstanzen im Inneren des Gehirns. Die dieser Regulierung zugrunde liegenden Vorgänge bilden die Basis für so komplexe Phänomene wie das Gedächtnis oder die Alzheimer-Krankheit. Laut Stefan Catsicas eröffnet diese Premiere mit dem Rasterkraftmikroskop äusserst interessante Perspektiven: «Dank dieser Technologie wird man zweifellos in der Lage sein, Medikamente zu entwickeln, die die Interaktionen zwischen den Proteinen innerhalb der Zellen regulieren.»

Weitere Informationen:

Stefan Catsicas, Vizepräsident Forschung, 079 432 01 91

Alexandre Yersin, Assistent, Laboratoire de neurobiologie cellulaire, EPFL: 021-692 36 79

Sandor Kasas, Institut de Biologie Cellulaire et de Morphologie, UNIL: 021-692 36 79 Laboratoire de neurobiologie cellulaire, EPFL 021 693 53 63

Artikel der Zeitschrift «PNAS»: Interactions between synaptic vesicles fusion proteins explored by atomic force microscopy, Vol.100, No. 15



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