Neurogenetics

Die Abteilung für Neurogenetik erforscht mit genetischen und zellbiologischen Methoden die Entwicklung des Nervensystems, dessen altersbedingter Veränderungen, sowie die Grundlagen neurodegenerativer Erkrankungen. Ein besonderer Schwerpunkt ist für uns die Biologie von Gliazellen in den Leitungsbahnen von Gehirn, Rückenmark und peripherer Nerven (Schwannzellen und Oligodendrozyten) und deren Interaktionen mit neuronalen Fortsätzen, den Axonen. Im Gegensatz zur Biologie der Neurone ist auch über die grundlegenden Funktionen von Gliazellen im Nervensystem vergleichweise wenig bekannt.


Eine Gruppe hochspezialisierter Gliazellen in Wirbeltieren umwickeln neuronale Axone mit einer mehrlagigen kompakten Membranschicht, dem Myelin. Diese Myelinisierung von Axonen stellt eine elektrische Isolierung dar und ermöglicht eine schnelle und effiziente Weiterleitung elektrischer Impulse im Nervensystem, Grundvoraussetzung für normale motorische und kognitive Funktionen. Aber wie erkennen sich Gliazellen und Axone während der Entwicklung des Nervensystems?

 

Wir haben die ersten axonalen Signalmoleküle im peripheren Nervensystem entdeckt, die das Myelinwachstum von Schwannzellen steuern, aber die Identität und Wirkungsweise vergleichbarer Signalmoleküle im Gehirn liegt weiter im Dunkeln. Welche Genfunktionen haben die Myelinisierung überhaupt in der Evolution der Vertebraten entstehen lassen? Wie erkennen Oligodendozyten die elektrische Aktivität und das Kaliber eines Axons und produzieren genau die passende Myelinmenge? Wie werden diese Prozesse zeitlich und regional unterschiedlich gesteuert? Wird die frühe Myelinisierung des Gehirns unterdrückt, um zuvor die Reifung komplexer axonaler Strukturen, etwa durch frühkindliche Erfahrungen, zu ermöglichen?


Die Myelinschicht ist auch mit einem gewissen 'Risiko' für das  Axon selbst verbunden, welches mit der elektrischen Isolierung seinen direkten Kontakt zum extrazellulären Milieu verliert und damit seine ungehinderte metabolische Versorgung. Tatsächlich sind myelinbildende Gliazellen auch für das langfristige Überleben von Axonen essentiell. Wir haben entdeckt, dass Oligodendrozyten aktiv an der metabolischen Energieversorgung der Axone mitwirken. Mit Abschuss der Myelinisierung verändern sie ihren Metabolismus derart, dass sie zum Beispiel die aufgenommene Glukose lediglich zu Milchsäure verarbeiten und diese dem Axon zur weiteren Energiegewinnung zur Verfügung stellen. Das erfordert zusätzlich eine besondere Architektur des Myelins selbst, in dem feinste Kanalstrukturen eine direkte Verbindung zwischen Gliazelle und Axon ermöglichen. Sind diese Versorgungsstrukturen altersanfällig? Sind die im Elektronenmikroskop häufig sichtbaren Veränderungen des Myelins im alternden Gehirn ein Risikofaktor für höhere Gehirnfuntionen und für neurodegenerative Erkrankungen?

 

Unsere Erforschung der Wechselwirkungen von Neuronen und Gliazellen, in erster Linie mit genetischen Methoden und Mausmodellen, hilft neurologische und psychiatrische Krankheitsbilder des Menschen besser zu verstehen und rationale Therapien zu entwickeln.

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