Molekulare Mechanismen der hochfrequenten Übertragung an einer zentralen Synapse
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ein Heisenberg-Stipendium und eine Sachbeihilfe “Molekulare Mechanismen der hochfrequenten Übertragung an einer zentralen Synapse” erlaubten mir 2011 meine eigene Arbeitsgruppe am European Neuroscience Institut (ENI) in Göttingen aufzubauen. Methodisch entscheidend war die Etablierung von direkten patch-clamp Ableitungen von zerebellären Moosfaser Nervenendigungen. Hiermit konnten wir demonstrieren, dass diese Synapsen im Kleinhirn Frequenzen bis zu 1 Kilohertz übertragen können. Hierfür sind erstaunlich kurze Aktionspotenziale mit einer Dauer von 100 µs verantwortlich. Durch die Etablierung quantitativer Kalzium-Messungen mit Zwei-Photonen Mikroskopie, könnten wir außerdem zeigen, dass die hochfrequente Übertragung durch eine überraschend geringe Kalziumbindungskapazität des Zytoplasma der Nervenendigung ermöglicht wird. Schließlich haben wir präsynaptische Kapazitätsmessungen mit Quarzglas-Pipetten durchgeführt. Das gute Signal-zu-Rausch-Verhältnis ermöglichte es, die kontrovers diskutierte Geschwindigkeit der Wiederaufnahme neuer Vesikel direkt zu messen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2012) State and location dependence of action potential metabolic cost in cortical pyramidal neurons. Nat Neurosci 15:1007-1014
Hallermann S, de Kock CP, Stuart GJ, Kole MH
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/nn.3132) - (2013) Hippocampal and cerebellar mossy fibre boutons - same name, different function. J Physiol 591:3179-3188
Delvendahl I, Weyhersmüller A, Ritzau-Jost A, Hallermann S
(Siehe online unter https://doi.org/10.1113/jphysiol.2012.248294) - (2013) Paired-pulse facilitation at recurrent purkinje neuron synapses is independent of calbindin and parvalbumin during high-frequency activation. J Physiol 591:3355-70
Bornschein G, Arendt O, Hallermann S, Brachtendorf S, Eilers J, Schmidt H
(Siehe online unter https://doi.org/10.1113/jphysiol.2013.254128) - (2013) Sustaining rapid vesicular release at active zones: potential roles for vesicle tethering. Trends Neurosci 36:185-194
Hallermann S, Silver RA
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.tins.2012.10.001) - (2014) Quantitative super-resolution imaging of Bruchpilot distinguishes active zone states. Nat Commun 5:4650
Ehmann N, van de Linde S, Alon A, Ljaschenko D, Keung XZ, Holm T, Rings A, DiAntonio A, Hallermann S, Ashery U, Heckmann M, Sauer M, Kittel RJ
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/ncomms5650) - (2014) Ultrafast action potentials mediate kilohertz signaling at a central synapse. Neuron 84:152-163
Ritzau-Jost A, Delvendahl I, Rings A, Byczkowicz N, Harada H, Shigemoto R, Hirrlinger J, Eilers J, Hallermann S
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.neuron.2014.08.036) - (2015) Reduced endogenous Ca2+ buffering speeds active zone Ca2+ signaling. Proc Natl Acad Sci USA 112:E3075-3084
Delvendahl I, Jablonski L, Baade C, Matveev V, Neher E, Hallermann S
(Siehe online unter https://doi.org/10.1073/pnas.1508419112) - (2016) Fast, temperature-sensitive and clathrin-independent endocytosis at central synapses. Neuron 90:492-8
Delvendahl I, Vyleta NP, von Gersdorff H, Hallermann S
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.neuron.2016.03.013) - (2016) NMDA receptors amplify mossy fiber synaptic inputs at frequencies up to at least 750 Hz in cerebellar granule cells. Synapse
Baade C, Byczkowicz N, Hallermann S
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/syn.21898) - (2016) The cerebellar mossy fiber sSynapse as a model for high-frequency transmission in the mammalian CNS. Trends Neurosci 39:722-737
Delvendahl I, Hallermann S
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.tins.2016.09.006) - (2018) Apparent calcium dependence of vesicle recruitment. J Physiol 596:4693-4707
Ritzau-Jost A, Jablonski L, Viotti J, Lipstein N, Eilers J, Hallermann S
(Siehe online unter https://doi.org/10.1113/JP275911) - (2018) How to maintain active zone integrity during high-frequency transmission. Neurosci Res 127:61-69
Byczkowicz N, Ritzau-Jost A, Delvendahl I, Hallermann S
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.neures.2017.10.013)
