Wie entwickeln sich neuronale Schaltkreise?

Während der Entwicklung neuronaler Schaltkreise müssen Nervenzellen über tausende von Synapsen korrekt miteinander verbunden werden, wobei Synapsen zumeist auf spezialisierte Strukturen von Nervenzellen, die Dendriten, verschalten, denn diese dienen dem Empfang von neuronaler Information. Allerdings ist weitgehend ungeklärt, nach welchen Prinzipien und mit welchen Mechanismen während der Entwicklung von Nervensystemen die Anzahl der Synapsen und die Größe der jeweiligen Dendriten aufeinander abgestimmt werden und wie verschiedene Synapsentypen auf ihren Zieldendriten verteilt werden. Ryglewski et al. (2017) haben nun durch genetische Manipulation an Nervenzellen der Fruchtfliege nachgewiesen dass verschiedene Synapsentypen um Dendriten ihrer postsynaptischen Partnerzelle konkurrieren, denn überwiegt während der Entwicklung die Aktivität eines Synapsentyps, wird diesem auf Kosten eines anderen Synapsentyps mehr dendritisches Material seiner Partnerzelle zugewiesen. Es können also abhängig von der synaptischen Aktivität Dendriten innerhalb einer Nervenzelle verschoben werden, sodass das Übergewicht eines Konkurrenten damit die Struktur und Funktion der Nervenzelle beeinträchtigt. Wird die Balance der synaptischen Aktivität beider Neurotransmittersysteme manipuliert, wird das Dendritenwachstum beeinflusst und die Synapsen auf den Dendriten werden umverteilt. Es kommt zur Konkurrenz zwischen den GABAergen und den cholinergen Synapsen, die um das Baumaterial wetteifern, auf das sie verschalten können. Wenn sich die beiden Konkurrenten nicht im richtigen Gleichgewicht befinden, wird das Baumaterial falsch verteilt. Die Ausgewogenheit zwischen hemmender und erregender synaptischer Aktivität ist daher für die strukturelle Homöostase von Nervenzellen enorm wichtig.

Literatur

Ryglewski, Stefanie, Vonhoff, Fernando, Scheckel, Kathryn & Duch, Carsten (2017). Intra-neuronal Competition for Synaptic Partners Conserves the Amount of Dendritic Building Material. Neuron, 93, 632 – 645.
http://www.uni-mainz.de/presse/aktuell/395_DEU_HTML.php (18-11-12)