Glutamatfreisetzung

Glutamatfreisetzung bezeichnet den Prozess, bei dem der Neurotransmitter Glutamat aus präsynaptischen Endigungen in den synaptischen Spalt freigesetzt wird. Glutamat ist der primäre exzitatorische Botenstoff im zentralen Nervensystem und wird vor allem durch actionpotenzialabhängige Exozytose freigesetzt. Die Freisetzung erfolgt in vesikeln, die mit Vesicular Glutamate Transportern (VGLUT1–3) beladen sind.

Der Mechanismus beruht auf eine elevationsabhängige Calciumkonzentration in der Präsynapse. Wenn ein Aktionspotential einprallt, öffnen sich spannungsabhängige Calciumkanäle, Calcium bindet an Sensorproteine wie Synaptotagmin, und der SNARE-Komplex vermittelt das Verschmelzen der vesikulären Membran mit der präsynaptischen Membran. Dadurch gelangen Glutamatmoleküle in den synaptischen Spalt. Es gibt sowohl evokative (aktionspotenzialabhängige) als auch spontane Freisetzung; beide Vorgänge zeigen ein quantales Muster.

Die Freisetzung wird durch autorezeptive Mechanismen moduliert. Presynaptische Rezeptoren wie metabotrope Glutamatrezeptoren (z. B. Gruppe II/III mGluR) sowie GABA-B- und Adenosinrezeptoren können die Freisetzungswahrscheinlichkeit beeinflussen. Nach der Freisetzung wird Glutamat rasch durch Transporter der Extrazellulären Glutamattransporter-Familie (EAAT1/2 in Gliazellen; EAAT3 in Neuronen) aus dem Spalt entfernt. In Astrozyten wird Glutamat in Glutamin umgewandelt und über das Glutamin-Glutamat-Zyklus-System zurück an Neuronen transportiert.

Physiologisch spielt Glutamat eine zentrale Rolle bei der schnellen synaptischen Übertragung und der synaptischen Plastizität (LTP/LTD). Eine übermäßige Freisetzung oder eine gestörte Clearance kann zu Exzitotoxizität führen und unter anderem bei Schlaganfällen oder neurodegenerativen Erkrankungen eine Rolle spielen.