Synapsin hilft dem Gedächtnis auf die Sprünge

Beitrag des Proteins für Lernprozesse untersucht

Duft kann Appetit machen. Bereits Larven der Fruchtfliege Drosophila melanogaster können lernen, dass bestimmte Düfte mit einer Nahrungsbelohnung verknüpft sind, andere Gerüche jedoch nicht.

Fliegenlarven können lernen, Duft (grün) mit Futterbelohnung (rot) zu verknüpfen. (Foto: LIN / Reinhard Blumenstein)

Das Team um Prof. Dr. Bertram Gerber und Jörg Kleber vom Magdeburger Leibniz-Institut für Neurobiologie (LIN) hat dazu nun eine neue Studie im Fachjournal Learning & Memory veröffentlicht. Darin haben die Wissenschaftler entschlüsselt, welche Rolle das Protein Synapsin beim Duft-Lernen hat.

„Die Fliegenlarven werden darauf trainiert, einen Duft mit einer Belohnung zu verknüpfen. Dazu wird ihnen zunächst ein Duft auf einer zuckerhaltigen Schale präsentiert. Während sich die Larven vollfressen, nehmen sie den Geruch wahr. Dann werden sie auf eine zuckerfreie Schale gebracht und einem anderen Duft ausgesetzt. Nachdem man diese Prozedur drei Mal wiederholt hat, kommen sie in eine Testschale und können zwischen den beiden Düften wählen“, so Studienleiter Gerber. Wenn die Larven die Verknüpfung gelernt haben, wandern sie zu dem Geruch, der vorher auf der zuckrigen Schale zu riechen war. „Das ist eine klassische Konditionierung, wie sie Pawlow mit seinen Hunden durchgeführt hat“, erklärt er.

Die Magdeburger Wissenschaftler haben mit dieser Methode untersucht, welchen Beitrag das Synapsin-Protein für diesen Lernvorgang leistet. Doktorand Jörg Kleber erläutert: „Wir haben jeweils die Duft- oder die Zuckerkonzentration verändert oder den Abstand zwischen Training und Test. Dann haben wir geschaut, wie gut Wildtypen, also normale Fliegenlarven, und Mutanten, denen das Synapsin im Gehirn fehlt, sich erinnern.“ Dabei konnten sie mit Hilfe ihrer Experimente feststellen: Es ist eben nicht immer so, dass Wildtyp-Larven besser lernen als mutierte Larven.

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Welcher Duft verspricht Futter? Fliegenlarven im Lerntraining zwischen zwei Duftstoff-Containern. (Foto: Center for Behavioral Brain Sciences, Dirk Mahler)

Dabei fanden die Forscher heraus: Bei einer geringen Duftkonzentration gab es zwischen beiden Gruppen von Larven keine Unterschiede – sie erinnerten sich gleich gut. Nur bei hohen Duftkonzentrationen waren die wildtypischen Larven im Vorteil. „Das haben wir auch für einen weiteren Duft bestätigen können“, so Kleber.

In einem nächsten Experiment veränderten sie die Konzentration der Zuckerbelohnung in den Schalen. „Auch hier konnten wir zeigen, dass Wildtypen nur mit einer hohen Konzentration besser lernen als Mutanten ohne Synapsin.“ Gleiches galt für die Zeitspanne zwischen Training und Test. „Zunächst sind die normalen Larven besser, aber mit nur fünfminütigem Abstand zwischen Training und Test konnten wir keinen Unterschied mehr zwischen beiden Larventypen feststellen“, so die Wissenschaftler.

Im Prinzip kann eine Larve ohne das Synapsin-Protein also durchaus lernen und sich erinnern – aber mit Synapsin funktioniert es einfach besser. „Man könnte sagen, Synapsin ist ein natürlicher ,cognitive enhancer´.“ Dies hängt wohl mit der Arbeitsweise des Proteins zusammen. „Synapsin reguliert die Ausschüttung von Botenstoffen zwischen Nervenzellen. Wir gehen davon aus, dass es Lern- und Gedächtnisprozesse verbessert, indem eine Veränderung der Ausschüttung bei besonders wichtigen Ereignissen besonders leicht erfolgen kann.“ Zukünftige Studien sollen die natürliche Verbesserung von Lern- und Gedächtnisprozessen durch Synapsin weiter aufklären. Solche Erkenntnisse lassen sich womöglich auf den Menschen übertragen, denn Synapsin ist auch im menschlichen Gehirn vorhanden.

Publikation:
Synapsin is required to „boost” memory strength for highly salient events: Jörg Kleber, Yi-Chun Chen, Birgit Michels, Timo Saumweber, Michael Schleyer, Thilo Kähne, Erich Buchner, and Bertram Gerber.

LIN-Ansprechpartner:
Prof. Dr. Bertram Gerber
E-Mail: bertram.gerber@lin-magdeburg.de

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