Dynamik neuronaler Schaltkreise

Prof. Dr. Gaia Tavosanis

Forschungsschwerpunkte

Neurone sind in der Lage, sich dynamisch umzugestalten. Während der Entwicklung unterstützt ihre Fähigkeit zu dynamischer Strukturveränderung den Aufbau funktioneller neuronaler Schaltkreise. Im Laufe des Erwachsenenlebens behalten Neurone die Fähigkeit aktive Strukturveränderungen zu durchleben. Diese unterstützen die Plastizität, einschließlich des Lernens und der Bildung von bleibenden Erinnerungen, und wirken auch der Destabilisierung und Degeneration von Schaltkreisen entgegen. Mit Hilfe des klassischen genetischen Modellorganismus Drosophila untersuchen wir die zellulären Mechanismen, welche die neuronale Dynamik während der Entwicklung und im Erwachsenenalter des Tieres unterstützen. Unsere Hypothese ist, dass ähnliche molekulare Mechanismen die Dynamik in beiden Stadien steuern.

Neurone erhalten Informationen durch ihre dendritischen Eingangskompartiment. Die Morphologie der Dendriten definiert die Eingangsregion des Neurons und trägt zur initialen Verarbeitung der eingehenden Informationen bei. Eine abnormale Dendritenorganisation ist ein typisches Merkmal vieler Syndrome, die zu einer geistigen Behinderung  führen. Zudem ist die Destabilisierung von Dendriten ein früher Phänotyp neurodegenerativer Phänomene. Daher untersuchen wir die zellulären Mechanismen, welche die komplexe und neuronenspezifische Morphologie von Dendriten definieren. In den vergangenen Jahren haben wir eine Kaskade von regulatorischen Ereignissen identifiziert, die zu Dendritenverzweigungen führt. Außerdem haben wir kürzlich entdeckt, dass die Synthese von Lipiden, die für die Herstellung von Dendriten benötigt wird, zellautonom durchgeführt und von den Neuronen selbst reguliert wird. Wir konzentrieren uns derzeit darauf, wie Zytoskelett-Regulierung und metabolischen Faktoren die neuronale Differenzierung steuern.

Sobald die Differenzierung abgeschlossen ist, behalten Neurone eine gewisse Fähigkeit zur plastischen Umgestaltung, die grundlegenden Funktionen, einschließlich des Lernens, zugrunde liegt. Um die zellulären Modifikationen, die das Lernen unterstützen, zu verstehen, haben wir zu großen Teilen einen Schaltkreis charakterisiert, der an der Bildung von olfaktorischen assoziativen Erinnerungen im Fliegengehirn beteiligt ist. Hier können wir nun prä- und postsynaptische Elemente, die am Lernen beteiligt sind, visualisieren und manipulieren. Wir haben kürzlich gezeigt, dass dieser Schaltkreis während der Gedächtniskonsolidierung strukturelle und funktionelle Veränderungen erfährt. Daher werden wir unsere Bemühungen darauf konzentrieren, die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen zu verstehen und wie diese durch den Abbau kognitiver Fähigkeiten während des Alterns verändert werden. Schließlich haben wir die Organisation von Schlüsselsynapsen in diesem Schaltkreis im Detail analysiert. Basierend auf früheren Studien aus unserem Labor, werden wir diese Informationen nutzen, um das Zusammenspiel von Synapsenfunktion und Axon-Erhaltung zu untersuchen.

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