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Die Freisetzung unterschiedlichster Signalstoffe erfolgt nach sehr ähnlichem Muster. In den Nervenendigungen ist der Neurotransmitter in Speicherbläschen, sog. Vesikeln, verpackt und wird vom Nervenimpuls durch Exozytose, d. h. Verschmelzung der Vesikel mit der Zellmembran, freigesetzt. Auf ganz ähnliche Art werden Hormone aus Drüsenzellen freigesetzt. Dabei greifen die zellulären Mechanismen der Exozytose auf dieselben molekularen Bausteine zurück. Dennoch ist bei genauer Betrachtung die Regulation der Freisetzung sehr unterschiedlich. Die meisten dieser Unterschiede sind wohl darauf zurückzuführen, dass an der Nervenendigung die beteiligten Elemente – Speichervesikel und kaliumspezifische Ionenkanäle – in hochregulierter Form zusammengeführt werden.

Die Arbeitsgruppe „Biomedizinische NMR“ befasst sich mit der Weiterentwicklung der Magnetresonanz-Tomografie und ihrer Anwendung in der Neurobiologie. Die Ansätze erlauben einzigartige Einblicke in die Struktur, den Stoffwechsel und die Funktion des intakten lebenden Gehirns – von Maus bis Mensch. Schwerpunkte bilden neben methodischen Entwicklungen die Untersuchungen von Tiermodellen neurodegenerativer Erkrankungen sowie neue Zugänge zu der Verschaltung von Nervenfasern und der kortikalen Informationsverarbeitung im menschlichen Gehirn.

Häufig werden kognitive Beschränkungen des Menschen, wie das Vergessen, ausschließlich negativ eingeschätzt. Gegen diese Sichtweise sprechen Forschungsergebnisse, die zeigen, dass diese Beschränkungen für die Funktionstüchtigkeit unseres Denkens geradezu unabdingbar sind. Um zu verstehen, wann und warum das Vergessen hilfreich sein kann, haben Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Bildungsforschung eine ökologische Perspektive gewählt, der zufolge der Erfolg menschlichen Verhaltens von dem Zusammenspiel zwischen Gehirn und Umwelt abhängt.

Um Tumorbildung und Trisomien zu verhindern, ist eine exakte Halbierung des zuvor verdoppelten Chromosomensatzes während der Mitose und den beiden meiotischen Reifeteilungen unerlässlich. Die Chromosomen werden durch Separase getrennt, eine riesige Protease, die einen chromosomalen Proteinkomplex (Kohäsin) spaltet. Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Biochemie haben kürzlich einen neuen Regulationsmechanismus sowie eine unerwartete, nicht-proteolytische Funktion dieses Schlüsselenzyms entdeckt.

Wie gelangt Information in das Zellinnere? Die molekularen Mechanismen der Signalübertragung durch Membranen sind weitgehend unbekannt. Durch die Struktur einer archaealen HAMP-Domäne, welche mittels magnetischer Resonanzspektroskopie entschlüsselt wurde, ist es gelungen, Einsicht in diesen Vorgang zu gewinnen. HAMP verbindet als Teilbereich vieler Transmembran-Rezeptorproteine deren extrazelluläre mit der intrazellulären Domäne und spielt daher eine entscheidende Rolle bei der Signalweiterleitung. HAMP offenbart die Fähigkeit, zwei stabile, konvertierbare Konformationen mit ähnlicher Energie einzunehmen, wobei die Bindung bzw. Dissoziation eines Liganden an den Rezeptor die Umwandlung der einen in die andere Form begünstigt. Ein solcher Konformationswechsel erinnert an ein Uhrwerk, das sich zwischen zwei definierten Zuständen hin und herdreht und erklärt zugleich, wie die signalabhängige Strukturänderung von Rezeptoren auf molekularer Ebene ablaufen könnte.