New York/Wien. "Unsere Erinnerung macht uns zu dem, was wir sind. Sie zieht sich durch unser Leben und ist grundlegend für unsere Existenz", sagt der in Österreich geborene Neurowissenschafter und Nobelpreisträger Eric Kandel. "Im Kern ist das Gedächtnis aber ein biologischer Prozess, der dem Herzschlag nicht unähnlich ist."

Das Gehirn hat die Gabe, Lieblingsmomente vom ersten Kuss über die eigene Hochzeit bis hin zur Geburt eines Kindes aufzubewahren. Aber auch unangenehme Erlebnisse, wie eine Strafe, ein Unfall oder Verlust eines geliebten Menschen, bleiben abgespeichert. Ein Forschungsteam um Kandel der Columbia University in New York hat untersucht, wie der biologische Prozess des Langzeit-Gedächtnisses funktioniert. "Wir werfen neues Licht auf die molekularen Grundlagen der Fähigkeit, Erinnerungen im Laufe des Lebens zu formen, zu behalten und aufzurufen", wird Kandel in einer Aussendung seiner Universität zitiert.

Neuer Ansatz gegen Demenz

Anhand der Nervenzellen konnte das neurowissenschaftliche Team eine Landkarte der molekulare Maschinerie erstellen, mit der das Gehirn Erlebnisse langfristig aufzeichnet. Dabei wurde die Aktivität der Neuronen im Gedächtniszentrum beobachtetet. Wie sich zeigte, regt ein Protein namens CPEB3 die Nervenzellen dazu an, wichtige Ereignisse so abzuspeichern, dass sie über Jahre oder sogar ein Leben lang abrufbar bleiben. Im Fachjournal "PNAS" berichten die Forschenden über ihren bisher einzigartigen Blick in die zelluläre Aktivität dieser grundlegenden, identitätsstiftenden Funktion unseres Denkorgans.

Alle Erinnerungen, sogar flüchtige, bilden sich, indem kleine Verzweigungen, die den Nervenzellen entwachsen und Axiome genannt werden, sich miteinander verbinden. Die Verbindungspunkte heißen Synapsen. Die Synapsen können so wie ein Handschlag kräftig oder schwach ausfallen. Wenn sie schwach ausfallen, verblasst die Erinnerung. Wenn sie stärker werden, besteht das Andenken vor der Geschichte.

Wenn eine Synapse gestärkt wird, verändert sich die Anatomie von Neuronen sichtbar. Bereits im Jahr 2015 hatten Kandel und sein Team das Eiweiß CPEB3 identifiziert, das für diese anatomischen Veränderungen eine entscheidende Rolle spielt. Das Protein springt nämlich nicht nur dann auf den Plan, wenn sich Erinnerungen bilden, sondern auch, wenn diese wieder abgerufen werden. Als die Forscher CPEB3 in Mäusen ausschalteten, konnten die Nager zwar Erlebnisse abspeichern, das Abgespeicherte aber nicht lange behalten. "Ohne CPEB3 zerfielen die synaptischen Verbindungen bald und die Gedächtnisinhalte verschwanden", erklärt Ko-Autorin Luana Fioriti vom Dulbecco Telethon Institut in Mailand.

Fioriti und Kandel nahmen das Eiweiß unter die Lupe, welches im Inneren der Neuronen im Hippocampus, dem Gedächtniszentrum des Gehirns, regelmäßig erzeugt wird. Das Team entdeckte, dass CPEB3 in kleinen Kammern, P-bodies genannt, so lange gelagert wird, bis es benötigt wird. P-bodies sind mikroskopisch kleine, abgegrenzte Strukturen in der Zelle, die für das Eiweiß als Lager fungieren. "Sie haben keine Membran, also keine physische Hülle, sondern sind einfach nur dichter als ihre Umgebung. Diese Eigenschaft verleiht ihr eine biophysische Anziehungskraft, die CPEB3 an sich bindet und von anderen Zellbereichen trennt", erläutert Ko-Autorin Lenzie Ford.

Sobald die Lagerkammern mit CPEB3 gefüllt sind, verlassen sie das Innere der Nervenzellen und bewegen sich entlang ihrer Bahnen bis zu den Synapsen. Wenn ein Tier eine denkwürdige Erfahrung macht, lösen sich die P-bodies auf und setzen das Protein in den Synapsen frei. Dort hilft es, eine Erinnerung zu bilden. Je mehr CPEB3 freigesetzt wird, desto stärker und dicker werden die Synapsen und desto prägnanter bleibt das Erlebte im Gedächtnis. Die Nervenzellen vollziehen dabei eine anatomische Veränderung, die die Erinnerung stabilisiert.

"Unsere Ergebnisse unterstreichen, welch zentrale Rolle die Protein-Synthese beim Aufrecherhalten von Gedächtnisinhalten spielt", betont Kandel, dessen Leisungen in der Hirnforschung ihm im Jahr 2000 den Nobelpreis für Medizin einbrachten. Die Ergebnisse bieten auch neue Ansätze zur Therapie von neurodegenerativen Erkrankungen. CPEB3 könnte ein vielversprechender Anknüpfungspunkt gegen das Vergessen sein.