Drei-dimensionale Rekonstruktion synaptischer Organellen

ein Projekt von H. Jastrow

Anatomisches Institut, Histologie, Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Synaptische Körperchen (SK) sind elektronendichte, kleine Zellorganellen an hochaktiven Synapsen wichtiger Sinnesorgane. Sie besitzen die Fähigkeit, Neurotransmittervesikel zu binden und zeigen in ihrer Morphologie circadiane Veränderungen. In elektronenmikroskopischen Aufnahmen erscheinen die Profile der SK stabförmig, rund oder irregulär. Um die Dynamik und Funktion dieser wichtigen Zellorganellen richtig erfassen zu können, ist es wichtig, ihre genaue dreidimensionale Struktur zu kennen. Aus Serienschnitten des Pinealorgans und der Retina werden mit Hilfe geeigneter, zum Teil selbst programmierter Software dreidimensionale Rekonstruktionen der Organellen durchgeführt. Dabei werden digitalisierte Schnitte übereinander gelagert und in einen 3D-Volumendatensatz überführt. Mit Hilfe eines definierten Grauwertbereichs lassen sich die Körperchen durch ein Keimzellwachstum, bei dem benachbarte Voxel zu einem Startvoxel addiert werden, segmentieren und als einzelne sowie gruppierte Objekte darstellen. Die Visualisierung wird mit Hilfe neuroradiologischer Software ermöglicht (NeurOPS; ConVis Insight 3D). Neben der Erzeugung beliebiger Ansichten der SK können Stereobilder und Filme aus Bildsequenzen erzeugt werden. Im Pinealorgan konnten so verschieden große plattenförmige Strukturen neben kleineren rundlichen SK nachgewiesen werden. Daneben fanden sich auch größere und kleinere bizarre Formen. Unter Dauerlicht zeigte sich eine deutliche Zunahme auch größerer irregulärer Gebilde. In der Retina sind SK meistens C-förmig gebogene Platten mit zum Teil partiell verdickten Rändern, außerdem finden sich hier kleinere klumpige bis runde Organellen, die auf An- bzw. Abbauvorgänge an den elektronendichten Zentren der SK hinweisen. Die bisher nur an wenigen Synapsen erfolgten Rekonstruktionen sollen durch weitere auch zu unterschiedlichen Zeitpunkten ergänzt werden, um generelle Aussagen zur Morphologie der SK im Tagesverlauf machen zu können.

Publikationen:
1.) JASTROW, H.; v. MACH, M-A. and VOLLRATH, L.:
The shape of synaptic ribbons in the rat pineal gland.
Cell and Tissue Research 287 (2) p. 255-261 (Feb. 1997).

2.) JASTROW, H.; SCHMANKE, D.; WEINERT, J.; JENDRYSIAK, U. and VOLLRATH, L.:
Changes in the three dimensional structure of synaptic ribbons in the pineal gland of the guinea-pig caused by constant light
Neuroendocrinology Retrospect and Perspectives, H.-W. Korf and K.-H. Usadel (Eds.), Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York: 367-373.
Abstract

Vorträge:
1.) JASTROW, H.; SCHMANKE, D.; WEINERT, J.; JENDRYSIAK, U. and VOLLRATH, L.:
Three-dimensional reconstruction of pineal synaptic bodies.
Bipartite Meeting of Anatomical Society and Polish Anatomical Society.
May 24 - 27, Olztyn, Poland
Presentation No. 43 (25.5.1997).
Abstract

Poster:
1.) JASTROW, H.; SCHMANKE, D.; WEINERT, J.; JENDRYSIAK, U.; MERLE, K. and VOLLRATH, L. (1996):
Three dimensional reconstruction of pineal synaptic ribbons and spheres.
Göttingen Neurobiology report, Elsner, Schnitzler (eds.) Thieme Verlag Vol2, p. 141.
Abstract

2.) JASTROW, H.; SCHMANKE, D.; WEINERT, J.; JENDRYSIAK, U. and VOLLRATH, L. (1997):
Changes in the three dimensional structure of synaptic ribbons in the pineal gland of the guinea-pig caused by constant light.
Ernst and Berta Scharrer Symposium Dept. of Anatomy J. W. Goethe University Frankfurt am Main, poster No. 19.
Abstract

Abbildungen:
Elektronenmikroskopisches Bild eines Feldes synaptischer Organellen (311 KB)
Dreidimensionale Rekonstruktion synaptischer Organellen (90 KB)