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6.2 Lernen und synaptische Plastizität

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von leonie H.

Langzeitpotenzierung (LTP)…

  • LTP bezieht sich ganz allgemein auf eine lang anhaltende Verstärkung der Effektivität der Informationsübertragung an einer Synapse und kann in unterschiedlichen Regionen des Gehirns stattfinden, wie beispielsweise Hippocampus, Kortex, Amygdala oder auch im Kleinhirn

  • Grundvoraussetzung für die LTP ist das Vorhandensein einer glutamatergen Synapse (synaptischer Botenstoff ist Glutamat) sowie die Anwesenheit zweier Typen von Rezeptoren für den Botenstoff Glutamat:

    • der N-Methyl-D-Aspartat-(NMDA)- und Non-NMDA-Rezeptoren, wie dem AMPA-(„α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid“-)Rezeptor

  • Der NMDA-Rezeptor ist ein Ionenkanal, der in der Zellmembran sitzt und bei Öffnung Ionen hindurch lässt

  • Die Besonderheit des NMDA-Rezeptors liegt darin, dass er im Ruhezustand durch ein Magnesium-Ion verschlossen ist, d. h., selbst wenn der Botenstoff Glutamat an den Rezeptor bindet, passiert zunächst nichts und der Kanal bleibt geschlossen

  • Anders die AMPA-Rezeptoren, an denen Glutamat immer seine Wirkung entfaltet

  • Erregung der postsynaptischen Membran durch Glutamat führt daher zu deren Depolarisation durch die AMPA-Rezeptoren und damit zur Bildung eines exzitatorischen postsynaptischen Potenzials (EPSP)

  • Fällt diese Erregung etwas schwächer aus, bleiben die NMDA-Kanäle geschlossen, da sie weiterhin durch den Magnesiumblock blockiert sind

  • Nur bei einer hochfrequenten wiederholten Depolarisation oder gleichzeitiger Depolarisation durch mehrere Synapsen kommt es zur Öffnung des spannungsgesteuerten NMDA-Rezeptors

  • Das führt zu einem Calcium-Einstrom in die Postsynapse, der wiederum verschiedene Enzymsysteme aktiviert (z. B. Proteinkinasen)

  • Das bewirkt wiederum verschiedene Verstärkungsmechanismen der Übertragung

  • Beispielsweise kann durch den verstärkten Einbau von AMPA- und Kainat-Rezeptoren (beide Glutamatrezeptoren) und/oder die Phosphorylierung bestehender Rezeptoren die Sensitivität der postsynaptischen Membran für Glutamat erhöht werden

  • Zudem kann es zu einer Aktivierung sogenannter retrograder Botenstoffe kommen, die von der postsynaptischen zurück zur präsynaptischen Seite diffundieren und dort die Freisetzung von Glutamat modulieren

  • Beispiele für diese retrograden Botenstoffe sind vor allem Endocannabinoide – die Botenstoffe des endocannabinoiden Systems –, aber auch Gase wie Stickstoffoxid (NO) oder Neuropeptide

  • Die LTP kann über mehrere Stunden bis Tage anhalten und sogar zu potenziellen langfristigen baulichen Veränderungen der Struktur der Synapse führen

Langzeitdepression (LTD)…

  • Die LTD ist gewissermaßen das Gegenteil zur LTP:

  • Es handelt sich hierbei um eine langfristige Senkung (Depression) der Effektivität der synaptischen Übertragung

  • Sie wurde vor allem im Kleinhirn und im Hippocampus untersucht

  • Die LTD findet sich beispielsweise an einem speziellen Zelltyp des Kleinhirns – den sogenannten Purkinjezellen

  • Purkinjezellen werden von drei unterschiedlichen Fasereingängen innerviert

  • Liegt eine gleichzeitige Erregung zweier dieser Eingänge vor – den Kletterfasern und den Parallelfasern –, so kommt es zu einer langfristigen, mehrere Stunden andauernden Hemmung der Informationsübertragung zwischen den Parallelfasern und Purkinjezellen

  • Es findet also eine LTD statt

  • Molekular sind wiederum die Glutamat-Rezeptoren von Bedeutung

  • Die LTD wird durch die gleichzeitige Aktivierung zweier glutamaterger Rezeptoren versursacht

  • Einer der Rezeptoren ist dabei der klassische AMPA/Kainat-Typ

  • Diese Rezeptoren werden durch die Kletterfasern angesteuert und bewirken eine Depolarisation der Membran mit Ca2+-Einstrom

  • Kommt es gleichzeitig zur Stimulation der Parallelfasereingänge, so aktivieren die dabei freigesetzten hohen Glutamatkonzentrationen auch einen metabotropenGlutamatrezeptor

  • Hierbei handelt es sich um einen GTP- (Guanosintriphosphat-) oder auch kurz G-Protein-gekoppelten Rezeptor, der die Inositoltrisphosphat-(IP3-)Kaskade aktiviert

  • IP3 löst die Freisetzung von Calcium aus intrazellulären Speichern aus

  • Diese gemeinsame Erhöhung der Calcium-Konzentration führt wiederum zur Aktivierung von NO und im Weiteren über eine Aktivierungskette intrazellulärer, sekundärer Botenstoffe zu einer lang anhaltenden Desensitisierung der AMPA-Rezeptoren an der postsynaptischen Membran

  • In den vergangenen Jahren konnte zudem gezeigt werden, dass wie bei der LTP das endocannabinoide System auch bei der LTD eine wichtige Rolle als neuromodulatorisches Botenstoffsystem übernimmt

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leonie H.

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