Wie weit wirken Botenstoffe über die Grenzen einer Synapse hinaus?

Neue DFG-Forschungsgruppe untersucht unter Bonner Leitung, wie Informationen im Gehirn übertragen werden

Bonn, 23. September – Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) richtet die neue Forschungsgruppe „Inside and Outside the Synapse: Challenging Dogmas of Synaptic Signalling and Neuromodulation“ ein. Sprecher des Forschungsverbunds ist Prof. Christian Henneberger vom Universitätsklinikum Bonn (UKB) und der Universität Bonn, stellvertretende Sprecherin ist Prof. Susanne Schoch McGovern, ebenfalls vom UKB und der Universität Bonn. Gemeinsam mit Forschenden des UKB, der Universität Bonn, des Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) und der Universität Göttingen untersuchen sie, wie Botenstoffe Informationen im Gehirn innerhalb und außerhalb von Synapsen übertragen. Die erste Förderperiode beträgt vier Jahre.

Nervenzellen kommunizieren mithilfe von Botenstoffen. Nach klassischer Vorstellung wirken diese entweder sehr gezielt an einzelnen Kontaktstellen zwischen Nervenzellen, den Synapsen, oder breiten sich über größere Bereiche des Gehirngewebes aus, die sogenannte Volumenübertragung. Die neu eingerichtete Forschungsgruppe stellt diese klare Trennung infrage und geht davon aus, dass es zwischen beiden Formen der Signalübertragung fließende Übergänge gibt.

Am Beispiel des Botenstoffs Glutamat sowie der Neuromodulatoren Dopamin und Noradrenalin wollen die Forschenden untersuchen, wie Nervengewebe Informationen räumlich verteilt, filtert und in neuronale Aktivität übersetzt. Im Fokus stehen dabei der Hippocampus und der präfrontale Kortex.

„Wir möchten verstehen, wie Nervenzellen und Gliazellen in dem dicht gepackten Gewebe des Gehirns tatsächlich miteinander kommunizieren. Dabei lösen wir uns von der Vorstellung, dass jede Synapse für sich allein arbeitet“, sagt der Sprecher der Forschungsgruppe Prof. Henneberger, Direktor des Instituts für Zelluläre Neurowissenschaften I des UKB und Mitglied im Transdisziplinären Forschungsbereich „Life & Health“ der Universität Bonn. „Ich hoffe, dass wir durch die enge Zusammenarbeit in der Forschungsgruppe ein wesentlich realistischeres Bild davon gewinnen, wie Botenstoffe Informationen im Gehirn verteilen und wie daraus komplexe Hirnfunktionen entstehen.“

Neue Methoden machen räumliche Kommunikation sichtbar

Um die Ausbreitung und Wirkung von Botenstoffen quantitativ zu erfassen, kombiniert die Forschungsgruppe neu entwickelte optische Sensoren mit hoch- und superauflösender Mikroskopie, Elektronenmikroskopie, KI-gestütztem Protein-Engineering und mathematischer Modellierung. So wollen die Forschenden nachvollziehen, wie weit sich Botenstoffe im Nervengewebe ausbreiten, auf welche Zellstrukturen sie wirken und welchen Einfluss dies auf die Funktion neuronaler Netzwerke hat.

Langfristig könnten die gewonnenen Erkenntnisse auch zum besseren Verständnis neurologischer und neurodegenerativer Erkrankungen beitragen. Viele dieser Erkrankungen gehen mit Veränderungen von Synapsen, Gliazellen und der Gewebestruktur des Gehirns einher. Bislang ist jedoch wenig darüber bekannt, ob sich dadurch auch die räumliche Reichweite und Präzision der Kommunikation durch Botenstoffe verändert. Die Forschungsgruppe will hierfür wichtige Grundlagen schaffen.

Forschungsverbund aus Bonn und Göttingen

An der Forschungsgruppe beteiligt sind Prof. Sandra Blaess, Prof. Dirk Dietrich, Dr. Gregor Hagelueken, Prof. Christian Henneberger, Prof. Susanne Schoch McGovern und Prof. Tatjana Tchumatchenko vom Universitätsklinikum Bonn und der Universität Bonn, Prof. Martin Fuhrmann, Dr. Sabine Krabbe und Prof. Gabor Petzold vom Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) in Bonn sowie Prof. U. Valentin Nägerl von der Universität Göttingen. Sprecher der Forschungsgruppe ist Prof. Christian Henneberger, stellvertretende Sprecherin ist Prof. Susanne Schoch McGovern.

Wissenschaftlicher Kontakt:

Prof. Dr. Christian Henneberger
Institut für Zelluläre Neurowissenschaften I
Universitätsklinikum Bonn (UKB) und Transdisziplinärer Forschungsbereich „Life & Health“ der Universität Bonn
E-Mail: christian.henneberger@uni-bonn.de

Bildmaterial:

Bildunterschrift: Prof. Christian Henneberger, Direktor des Instituts für Zelluläre Neurowissenschaften I am UKB, und Prof. Susanne Schoch McGovern, Direktorin des Instituts für Zelluläre Neurowissenschaften II am UKB, sind Sprecher und stellvertretende Sprecherin der neuen DFG-Forschungsgruppe FOR 5987. Der Forschungsverbund untersucht, wie Botenstoffe Informationen im Gehirn innerhalb und außerhalb von Synapsen übertragen.

Bildnachweis: Universitätsklinikum Bonn / Annika Breuer

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