zum Directory-modus

Tutorial MenueHormoneLerneinheit 2 von 5

Hormone - eine Einleitung

Neuropeptide

Bildung von Neuropeptiden im Vergleich zu Neurotransmittern

Abb.1
Exocytose

Neuropeptiden und Peptidhormonen ist gemeinsam, dass sie - häufig in Form größerer Proteinvorläufer - intrazellulär im rauen endoplasmatischen Retikulum (RER) synthetisiert werden, anschließend in den Golgi-Komplex gelangen, dort in Sekretgranula verpackt und auf ein Signal hin durch Verschmelzen der Sekretgranula mit der Zellmembran in den Extrazellulärraum freigesetzt werden (Exocytose). Die mit Neuropeptiden gefüllten Sekretgranula sind aber nicht die einzigen Membranvesikel, die der Golgi-Komplex einer Nervenzelle herstellt. Dort entstehen auch Transportvesikel, die neu synthetisierte Ionenkanäle vom Zellkörper in die Postsynapsen der Dendriten oder in die präsynaptischen Axon-Endigungen befördern. Ferner produziert eine Nervenzelle neben Neuropeptiden auch andere sekretorische Proteine, die im Golgi-Komplex nicht in Sekretgranula, sondern in Transportvesikel verpackt werden. Damit stellt sich eine Schlüsselfrage: Wie bewerkstelligt die Nervenzelle eine korrekte Verpackung der Neuropeptide beziehungsweise ihrer Vorläufer in Sekretgranula und nicht in Transportvesikel, während andere sekretorische Proteine vom Inneren der Sekretgranula ausgeschlossen werden?

Ein Schlüsselschritt bei der Sortierung von Neuropeptiden besteht darin, dass sie aufgrund des leicht sauren Milieus im Innern des Golgi-Komplexes sowohl miteinander als auch mit anderen Proteinen aggregieren. Die Aggregation im Milieu des Golgi-Komplexes ist eine spezifische Eigenschaft der Neuropeptide. Andere, in Sekretgranula sekretorische Proteine werden von den sich bildenden Aggregaten ausgeschlossen. Durch diese Selektivität wird die Aggregation zu einem entscheidenden Schritt beim Sortieren von Neuropeptiden. Denn wenn die membranumhüllten Aggregate vom Golgi-Komplex abknospen, bleiben die löslichen Proteinen zurück: Ein Sekretgranulum mit spezifischem Inhalt, hoch angereichert mit Neuropeptiden, ist entstanden.

Als Überträgersubstanzen für die Signalweitergabe an der Synapse sind Neuropeptide mit einem entscheidenden Nachteil behaftet, gerade weil es sekretorische Proteine sind. In Nervenzellen ist das raue endoplasmatische Retikulum, der Syntheseort für sekretorische Proteine, auf den Zellkörper beschränkt: Das Axon enthält kein raues endoplasmatisches Retikulum. Jedes einzelne Neuropeptidmolekül, das an einer Präsynapse als Botenstoff freigesetzt werden soll, muss daher zuerst im Zellkörper des Neurons synthetisiert, im ebenfalls auf den Zellkörper beschränkten Golgi-Komplex in Sekretgranula verpackt und anschließend in diesen Vesikeln zu den Präsynapsen transportiert werden. Dieser Transportweg beträgt in manchen Nervenzellen das rund 50.000-fache des Durchmessers des Zellkörpers. Dazu kommt, dass jedes im Zellkörper gebildetes Sekretgranulum an der Präsynapse nur ein einziges Mal verwendet werden kann. Zwar besitzen Nervenzellen Mechanismen, um Sekretgranula mit hoher Geschwindigkeit durch das Axon zu bewegen, doch es liegt auf der Hand, dass für die Signalübertragung an der Synapse, die im Millisekundenbereich erfolgt und sich ständig wiederholt, Neuropeptide als Überträgersubstanzen und Sekretgranula als deren Speicher äußerst problematisch sind.

Abb.2
Schematischer Aufbau einer Synapse

Die Nervenzelle hat dieses Problem folgendermaßen gelöst: Sie verwendet Nicht-Peptidsubstanzen als Neurotransmitter und speichert sie in Vesikeln, die in der Präsynapse lokal regenerierbar sind, die synaptischen Vesikel. Als Überträgersubstanzen benutzt die Nervenzelle Moleküle, die entweder in der Präsynapse ohnehin vorhanden sind oder dort relativ leicht synthetisiert werden können. Hierzu zählen die Aminosäuren Glycin und Glutamat , die vom Glutamat abgeleitete γ-Aminobuttersäure (GABA) und das Acetylcholin. Diese klassischen Neurotransmitter werden, ebenso wie Neuropeptide, hochkonzentriert in Membranvesikeln gespeichert. Während jedoch Neuropeptide, beziehungsweise ihre Vorläuferproteine, nur im rauen endoplasmatischen Retikulum, also im Zellkörper, in den sekretorischen Weg eintreten, werden klassische Neurotransmitter vor Ort, das heißt in der Präsynapse, in das Innere der synaptischen Vesikel gepumpt, weil deren Membranen dafür spezialisierte Aufnahmesysteme besitzen. Durch die Verwendung klassischer Neurotransmitter und ihre direkte Aufnahme in synaptische Vesikel verliert die Präsynapse also die Abhängigkeit vom Zellkörper, wie sie im Fall von Neuropeptiden besteht. Diese Unabhängigkeit ist vorteilhaft für die Zelle, da nicht der Golgi-Komplex im Zellkörper der Nervenzelle die synaptischen Vesikel bildet, sondern die frühen Endosomen der präsynaptischen Axonendigungen. Diese frühen Endosomen sind auch in der Lage, synaptische Vesikel nach ihrem Verschmelzen mit der präsynaptischen Zellmembran und der Internalisierung zu regenerieren. Damit verlagert die Nervenzelle alle Vorgänge, die unmittelbar für die Bildung der mit Neurotransmittern gefüllten synaptischen Vesikel erforderlich sind, vom Zellkörper in die Präsynapse und macht diese im Interesse der schnellen und effizienten Signalübertragung zumindest vorübergehend autark.

Seite 5 von 17