Langzeitpotenzierung

Abkürzung: LTP
Englisch: long term potentiation

Definition

Unter Langzeitpotenzierung, kurz LTP, versteht man die Verstärkung der synaptischen Übertragung eines Neurons als Reaktion auf eine vermehrte Bildung von Aktionspotenzialen. Sie ist eine wichtige Grundlage für die synaptische Plastizität.

Das funktionelle Gegenstück zur LTP ist die Langzeitdepression (LTD). Beide Prozesse wirken komplementär zusammen und sind für Lernen und Gedächtnis gleichermaßen notwendig.

Formen

Homosynaptische Langzeitpotentierung: Die Verstärkung der synaptischen Übertragung beschränkt sich auf die aktivierte Synapse selbst.
Heterosynaptische Langzeitpotentierung: Die Verstärkung erfasst auch andere, unerregte Synapsen.

Entstehung

Bei glutamergen Neuronen sind an der postsynaptischen Membran zwei Typen von Glutamat-Rezeptoren vorhanden: AMPA- und NMDA-Rezeptoren. Diese werden im Zuge der Langzeitpotenzierung folgendermaßen aktiviert:

Aktivierung von AMPA-Rezeptoren

Kommt es zu einem Aktionspotenzial, wird der AMPA-Rezeptor durch das ausgeschüttete Glutamat geöffnet und der folgende Einstrom von Natriumionen führt zu einem EPSP. Da der NMDA-Rezeptor durch Magnesiumionen blockiert ist, kann er nicht geöffnet werden.

Aktivierung von NMDA-Rezeptoren

Treten weitere Aktionspotenziale auf, wird die postsynaptische Membran stärker depolarisiert. Dies führt dazu, dass die Magnesiumionen vom NMDA-Rezeptor dissoziieren und dieser sich nun ebenfalls öffnen kann. Durch den geöffneten NMDA-Rezeptor können Calciumionen einströmen, die in Verbindung mit Calmodulin die Kinase CaMKII aktivieren. Diese phosphoryliert die vorhandenen AMPA-Repzeptoren und erhöht so deren Leitfähigkeit.

Weiterhin wird in der späten Phase der Langzeitpotentierung die Proteinbiosynthese der Zelle über das Adenylatzyklase/cAMP-System beeinflusst. Durch cAMP-abhängige Kinasen, sowie die MAP-Kinase wird der Transkriptionsfaktor CREB phosphoryliert und bindet an den cAMP recognition element(CRE)-Promotor. Dadurch wird die Neusynthese verschiedener Proteine aktiviert und weitere AMPA-Rezeptoren werden an der postsynaptischen Membran eingebaut. Zusätzlich steigert das Neuron auch die Transkription von BDNF, was u.a. zu einer vermehrten Freisetzung von Glutamat an der präsynaptischen Membran und einem Wachstum der dendritischen Spines führt.

Zudem werden retrograde Botenstoffe wie Derivate der Arachidonsäure und Gase wie z.B. Stickstoffmonoxid und Kohlenmonoxid ausgeschüttet, die eine erhöhte Freisetzung von Neurotransmittern an der präsynaptischen Membran bewirken.

Literatur

Pape, H., Kurtz, A. & Silbernagl, S. (2019). Physiologie (9. vollständig überarbeitete Aufl.). Thieme.
Behrends, J., Bischofberger, J., Deutzmann, R., Ehmke, H. & Frings, S. (2021). Duale Reihe Physiologie (4., unveränderte Aufl.). Thieme.