Nennen Sie bitte die vier Lappen, in die sich der menschliche Cortex einteilen lässt
Wie viele Schichten hat der Cortex der Säuger?
Isocortex - 6 schichtig
Welche Phospholipide finden sich in der Nervenzellmembran?
Phosphoglyceride oder Sphingolipide (Ganglioside)
Beschreiben Sie bitte eine Gangliosid-Speicherkrankheit am Beispiel von Tay-Sachs.
defekte Hexosaminidase A
Ganglioside akkumulieren in den Lysosomen, können dort nicht abgebaut werden
—> Lysosomen schwellen an, Neuronen funktionieren nicht mehr.
Beginn der Erkrankung meist schon ab Säuglingsalter, führt zu Erblindung, Ertaubung, Lähmung, schließlich Tod.
Keine Therapie möglich. In betroffenen Bevölkerungsgruppen mit hoher Inzidenz (bis 1/30) daher Pränatal-Diagnostik einzige Möglichkeit.
Dendritische Spines stellen biochemische und elektrische Kompartimente dar – beschreiben Sie bitte, was das bedeutet.
In den dendritischen Spines herrschen andere Stoffkonzentrationen als außerhalb.
Ca strömt durch NMDA-Kanäle ein; durch den Hals ist der „Abfluß“ gering, so dass eine große Konzentrationsänderung resultiert.
Was benötigt eine Zelle für die lokale Proteinbiosynthese?
Von dem Produktionsort werden die RNA‘s durch Transportkomplexe entlang der Mikrotubuli transportiert und in Ribosomen im Spine translatiert.
Nennen Sie bitte zwei Molekülklassen, die Synapsen stabilisieren.
Adhäsionsmoleküle (Neuronal cell adhesion molecules (NCAM), Cadherine, Neurexin/Neuroligin)
Rezeptor-Strukturproteine
Was sind Cadherine?
von Ca-adhering
transmembrane Glykoproteine
stellen Zellkontakte her
besitzen negativ geladene Bereiche
Über Calcium wird eine homophile Bindung vermittelt.
was ist das Delta-Notch-System?
Rezeptor „Notch“, Transmembranprotein mit großer extrazellulärer Domäne, bindet Ligand „Delta“ auf der Oberfläche einer anderen Zelle.
Nach Bindung wird „notch“ proteolytisch geschnitten, kann dann in den Zellkern diffundieren, dort Komplex mit weiteren Regulatorproteinen, reguliert Expression von Notch-Response-Genen.
Der Notch-Signalweg ist bei der Entwicklung der meisten Gewebe im tierischen Embryo beteiligt, gut untersucht im Nervensystem.
Delta-Notch-Interaktionen vermitteln laterale Inhibition, damit Integration mit umliegenden Zellen und Musterbildung möglich (unten).
Woher wissen Zellen im ZNS, wie sie sich entwickeln sollen?
Eine genetische Bestimmung der Onto genese bis ins Detail ist nicht möglich, auch unter Berücksichtigung von Pleiotropie und alternativenSplicings.
EpigenetischeFaktoren müssen also eine wesentliche Rolle spielen.
Differenzierung von Zellen im ZNS durch sukzessive „binäre“ Entscheidungen, gesteuert durch molekulare Faktoren
Aus welchem Keimblatt entsteht das ZNS?
Mesoderm —> Notochord: Die Primitiv Achse des Embryos
Aus dem Notochord gehen Signale an das darüber liegende Ectoderm und induzieren dort die Umwandlung in neuronale Zellen (Neuralplatte)
Neuralplatte —> ZNS
Wie wird die Polarität im Wirbeltier-Embryo festgelegt?
Bereits während der Gastrulation gibt es ein grobes antero-posteriores und dorso-ventrales Muster im Embryo durch eine Organisator Region – den Spemann-Organisator
Beschreiben Sie bitte den Prozess der Neurulation
Neurulation = Bildung des Nervengewebes
Bildung sog. Neuralfalten am Rande der Neuralplatte
anschl. rollt sich die Neuralplatte zu einem Neuralrohr.
Dreiblättrige Keimscheide aus Gastrulation ins Ausgangspunkt
Chorda dorsalis (Zellen des Ektoderms) leitet Neurulation ein
Bildung der Neuralplatte aus dem darüberliegenden Ektoderm
(Ränder der Neuralplatte: Neuralleisten)
Umformung zur Neuralfalten-/rinne
Entstehung Neuralrohr und Neuralleistenzellen durch Verschmelzung der Neuralplattenränder
Ektoderm bildet sich neu, woraus später z.B. die Epidermis bildet
In welche 4 Grundbereiche differenziert sich das Mesoderm, und was ist die jeweilige Funktion?
Laterales M.: bildet die Membranen, die die Körperhöhlen und die darin liegenden Organe umkleiden (Haupt Coelom-Räume beim Wirbeltier)
Intermediäres M.: Nieren, Gonaden
Chorda-M.: Notochord (=Chorda dorsalis)
Paraxiales M. (liegt neben dem Neuralrohr): bildet erst Pakete (=Somite), aus denen dann Knochen, Muskeln, Subcutis und Endothel-Zellen enstehen.
Wie wird die Aktivierung von Genen entlang des sich bildenden Zentralnervensystems gesteuert?
Hox-Gene
„Homöotische Gene“ codieren Transkriptions faktoren und steuern damit andere, funktionell zusammenhängende Gene in der Morphogenese.
Hox-Gene liegen in einer Reihung vor, die entlang der Körperachse von vorne nach hinten exprimiert wird. Dies gilt wahrsch. f. alle Eukaryonten.
Wie werden die Zellen der Neuralleiste zu ihren Positionen geleitet?
Die Zellen der Neuralleiste wandern auf bestimmten "Wegen" im Bindegewebe, Orientierung an Hand z.B. von Fibronektin, keine einfachen chemischen Gradienten!
Zwei Möglichkeiten:
somale Translokation —> für kurze Distanzen
(Zellen senden einen Fortsatz aus, an dem das Soma nachgezogen wird
Glia geleitet —> Längere Distanzen
Neurone wandern entlangder Radialglia, später entstehende Zellen wandern am weitesten. Die ersten Zellen, die migrieren, werden zu sog. Cajal-Retzius Zellen,
Wie bilden sich die Schichten im Cortex während der Entwicklung?
Cajal-Retzius-Zellen sitzen ganz außen am Cortex und produzieren Reelin, ein großes Glykoprotein der extrazellulären Matrix. Reelin ist ein Stopp-Signal für die später migrierenden Zellen, das die Ablösung von den Glia-Zellen bewirkt
was sind neurotrophe Faktoren?
Neurotrophe Faktoren: endogene Peptide, essentiell für Differenzierung und Überleben von Neuronen, wirken über Bindung an Zellmembran
Bezeichnung für alle Faktoren, die für Nervenzelldifferenzierung und für das Überleben von Nervenzellen mitverantwortlich sind
Dazu gehören z.B. Neurotrophine
NGF (Nerve growth factor)
BDNF (Brain-derived neurotrophic factor)
Neurotrophine sind essentielle Signale, bei deren Abwesenheit die Eliminierung nicht-benötigter Neurone durch Apoptose erfolgt und die auch für die synap tische Übertragung und Plastizität essentiell sind.
Welche Klasse an Rezeptoren bindet die neurotrophen Faktoren NGF, BDNF und NT4?
NGF —> Tyrosin-Kinase-Rezeptoren TrkA,
BDNF und NT4 —> TrkB Rezeptor,
NT-3 —> TrkC-Rezeptoren.
Wie ist der Zusammenhang zwischen neurotrophen Faktoren und dem Zelltod? Welcher Rezeptor spielt dabei eine Rolle?
Der monomerische Rezeptor p75 bindet alle neurotrophen Faktoren. Dieser Rezeptor gehört zur Familie der Tumor-Nekrose faktoren (TNF) und besitzt eine “death domain”, die bei Bindung zu Apoptose führt.
Welche Rolle hat der Wachstumskegel eines Axons?
Spitze des Axons
Der Wachstumskegel (growth cone) ist ein flache Struktur mit Filopodien und Lamellipodien an der Spitze des Axons ("Fühler").
Reagiert auf chemische Substanzen in der Umgebung und gibt die Wachstunsrichtung des Axons vor
Nennen Sie bitte jeweils zwei Mechanismen und die zugehörigen Moleküle, die über Fernwirkung und Nahwirkung den Wachstumskegel von Axonen beeinflussen.
Wie wird bei bilateralen Organismen sichergestellt, dass Axone nur einmal über die Mittellinien kreuzen?
Bei Bilateria kreuzen kommissurale Axone über die Mittellinie des ZNS. Wie wird die Rückkreuzung verhindert?
Kommissurale Axone exprimieren die Rezeptoren DCC für Netrin und Robo (round-about) für Slit und werden durch Netrin zur Mittellinie angezogen.
Slit bindet normalerweise an Robo Rezeptoren und stößt Axone von der Mittellinie ab. In kommissuralen Axonen wird Robo durch Rig1/Robo3 blockiert, sie sind dadurch unempfindlich für Slit und können die Mittellinie kreuzen. An der Mittellinie blockiert Robo den DCC Rezeptor, dadurch bleibt das Axon nicht in der Mitte stehen.
Nach der Überkreuzung erhöht sich ihr Robo Besatz, sie werden empfindlich für Slit und dadurch von der Mittellinie abgestoßen; dies verhindert, dass die Axone noch einmal die Mittellinie kreuzen.
Beschreiben Sie bitte kurz am Beispiel der neuro-muskulären Synapse, wie ein synaptischer Kontakt gebildet wird.
Agrin führt zur Aggregation von Acetyl cholin-Rezeptoren, wahrsch. durch Phosphorylierung der cytoplasmatischen Domänen des ACh-Rez.
Die Muskelzelle scheidet Laminin aus Umwandlung des Wachstumskegels zum synaptischen Endorgan. Laminin-ß2 bindet direkt an Kalzium-Kanäle Anhäufung von Kanälen, die dann andere Komponente der Synapse rekrutieren.
Welche molekularen Faktoren können die topographische Anordnung von Axonen im Gehirn steuern (Bildung von Karten)?
???
nennen Sie bitte zwei Verfahren, mit denen physiologisch aktive Nervenzellen anatomisch dargestellt werden können.
Immediate early genes:
Transkriptionsfaktoren (cFOS, Jun, EGR-1) werden bei Aktivität stark exprimiert
können durch in-situ Hybridisierung auf mRNA-Ebene nachgewiesen werden (Anfärbung der Zellkerne/Somata)
2-Deoxy-Glucose:
Radioaktiv markierte 2-DG wird von stoffwechselaktiven Neuronen aufgenommen
kann nach Fixierung des Gewebes durch Autoradiographie nachgewiesen werden. Auflösung teils bis auf zelluläre Ebene möglich.
Thallium-Autometallographie:
Thallium ist ein Kalium-Analog und wird von der Na-K-Pumpe statt Kalium in die Zellen befördert – v.a. bei starker Aktivität reichert sich Thallium an
kann dann durch Schwermetall-Nachweise visualisiert werden.
Was bezeichnet „spike sorting“ bei extrazellulären Ableitungen?
Extrazelluläre Ableitungen = Untersuchung von überschwelliger Aktivität von Nervenzellen mit Metallelektroden
spike sorting: Trennung von spikes von unterschiedlichen Neuronen von arrays von Extrazellulär-Elektroden (zwischen 4 - >100 Elektroden)
Multi-Elektroden können große Bereiche mit vielen Neuronen simultan erfassen
Untersuchung von Netzwerken
An einer Elektrode können verschiedene Zellen registriert werden
theoretisch mehrere 100 Zellen simultan abgeleitet
Warum wird die abgeleitete Potentialspur bei extrazellulären Ableitungen meist für Abbildungen umgedreht ?
Extrazellulär wird das „inverse“ des AP‘s abgeleitet (C), meist aber für Abbildungen wieder „umgedreht“ (normale AP-Form)
Mit dem Ort und dem Abstand der Elektrode von dem Ort maximalen Stromflusses (D-F) verändert sich die Potenzialform und die Amplitude nimmt stark ab (µV-Bereich).
Welchen Parameter misst man bei patch-clamp Ableitungen?
Die Differenz zwischen intra- und extra zellulärer Elektrode wird gemessen und der Wert (z.B. -70 mV) verglichen mit dem Sollwert.
Bei einer Differenz wird ein Strom in die Zelle geschickt, der die Differenz in Richtung auf Null führt. Der dabei fließende Strom wird gemessen und ist der eigentliche Messwert eines voltage-clamp Experiments.
Mit imaging-Verfahren kann man die Physiologie von Neuronen „ansehen“ – welche Parameter werden dabei meist visualisiert?
Visualisierung des physiologischen Zustands durch Farbstoffe
bspw. des Calcium-Gehaltes (Fura-2), aber auch des Membranpotenzials
Voltage-sensitive dyes (Spannungsabhängige Farbstoffe)
Beschreiben Sie bitte, wie man bei einem funktionellen MRI vorgeht.
Magnet-Resonanz-Imaging: MRI
misst das Signal, dass Atomkerne beim Übergang von einem angeregten Zustand in den Grundzustand aussenden
Der Drehimpuls (spin) von Teilchen wird durch Magnetfelder erst aus gerichtet und dann in Rotation versetzt.
Durch die Rotation vieler Teilchen werden in umliegenden Spulen Ströme induziert, die gemessen werden können und Rückschlüsse auf die Struktur des Gewebes erlauben.
Funktionelles MRI
erst ein klassisches MRI aufgenommen, um eine hochaufgelöste Anatomie zu erhalten
Anschließend wird ein BOLD-image erstellt
BOLD = Blood oxygenation level dependent
Magnetische Eigenschaften von Hämoglobin sind abhängig von der Oxygenierung, dies kann im MRI dargestellt werden. Dazu wird ein MRI Bild des aktivierten Zustandes von einem Ruhezustandsbild subtrahiert
Die Auflösung des BOLD-Signals ist im mm-Bereich; überlagert mit dem Bild des normalen MRI gibt es eine gute Lokalisation der aktivierten Areale.
Die zeitliche Auflösung der funktionellen MRI ist nicht sehr gut, kaum unter halb von Minuten möglich.
Was ist das Problem bei isolierten lebenden Präparaten? Wie kann man dieses Problem minimieren?
Die elektrophysiologische Intrazellulär-ableitung ist sehr viel einfacher, dafür ist keine „normale“ Stimulation mehr möglich
Beschreiben Sie bitte die Technik der Optogenetik.
Optogenetik: Steuern von Neuronen mit Licht
Mit Optogenetik ist es möglich, Zellen sowohl zu depolarisieren als auch zu hyperpolarisieren und damit Netzwerke in vitro, aber auch in vivo beliebig zu manipulieren.
So kann beispielsweise in einem sich verhaltenden Tier die Rolle bestimmter Neurone für ein Verhalten untersucht werden.
Intrinsic optical imaging: Beim Anstrahlen des Cortex mit Rotlicht hängt die Lichtreflexion erstaunlicherweise ab vom Verhältnis oxygeniertem zu nichtoxygeniertem Hämoglobin. In aktiven Bereichen gibt es mehr Desoxyhämoglobin; diese sind mit einer empfindlichen Infrarot-Kamera (und Mittelung über viele Durchgänge) zu erkennen.
Mit dieser Methode können beispielsweise im Cortex die Zellen markiert werden, die bei Stimulation mit Balken eine Antwortpräferenz auf bestimmte Orientierungen haben.
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