Was ist Langzeitpotenzierung auf molekularer Ebene?

Langzeitpotenzierung (LTP) ist ein Prozess, bei dem die synaptische Übertragungseffizienz zwischen zwei Neuronen nach einer kurzen, hochfrequenten Stimulation erhöht wird. Auf molekularer Ebene umfasst LTP mehrere Schritte und Mechanismen:

1. **Glutamatfreisetzung und Rezeptoraktivierung**: Bei der LTP wird Glutamat, ein Neurotransmitter, in den synaptischen Spalt freigesetzt. Glutamat bindet an AMPA- und NMDA-Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran.

2. **Calcium-Einstrom**: Die Aktivierung von NMDA-Rezeptoren erfordert sowohl die Bindung von Glutamat als auch eine Depolarisation der postsynaptischen Membran, um den Magnesiumblock zu entfernen. Dies ermöglicht den Einstrom von Calciumionen (Ca²⁺) in die postsynaptische Zelle.

3. **Signaltransduktionskaskaden**: Der erhöhte Calciumspiegel aktiviert verschiedene Signaltransduktionswege, einschließlich der Calcium/Calmodulin-abhängigen Proteinkinase II (CaMKII) und der Proteinkinase C (PKC). Diese Kinasen phosphorylieren verschiedene Zielproteine, was zu strukturellen und funktionellen Veränderungen der Synapse führt.

4. **AMPA-Rezeptor-Phosphorylierung und -Insertion**: Phosphorylierte AMPA-Rezeptoren werden in die postsynaptische Membran eingebaut, was die synaptische Übertragung verstärkt. Dies erhöht die Anzahl der funktionellen AMPA-Rezeptoren an der Synapse und verstärkt die postsynaptische Antwort auf Glutamat.

5. **Genexpression und Proteinsynthese**: Langfristige LTP erfordert die Aktivierung von Transkriptionsfaktoren wie CREB (cAMP response element-binding protein), die die Expression von Genen fördern, die für synaptische Plastizität und neuronales Wachstum wichtig sind. Dies führt zur Synthese neuer Proteine, die zur Stabilisierung und Aufrechterhaltung der LTP beitragen.

Diese molekularen Mechanismen tragen zur Verstärkung der synaptischen Übertragung bei und sind entscheidend für Lern- und Gedächtnisprozesse im Gehirn.