Forschungsgruppe in der Neurobiologie für weitere drei Jahre gefördert

Jülich/Düsseldorf, 10. Dezember 2021 – Bei einem Schlaganfall ist der Blutfluss im Gehirn zu niedrig, um den hohen Energiebedarf des Gehirns stillen zu können. Dies führt meist zu irreversiblen Schäden. Die Forschungsgruppe "Synapsen unter Stress" aus Bochum, Bonn, Düsseldorf, Jülich, Münster und Twente untersucht die sehr früh ablaufenden Ereignisse nach einer solchen Mangelversorgung. Sie wurde nun von der DFG für drei weitere Jahre verlängert. Sprecherin des mit rund drei Millionen Euro geförderten Projekts ist die Neurobiologin Prof. Christine Rose von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU). Stellvertretender Sprecher ist Prof. Christoph Fahlke, Direktor des Instituts für Molekular- und Zellphysiologie am Forschungszentrum Jülich.

Das Gehirn des menschlichen Körpers hat einen sehr hohen Energieverbrauch. Unter normalen Bedingungen wird die benötigte Energie aus Sauerstoff und Zucker gewonnen, die durch den Blutkreislauf an das Gewebe herangeführt werden. Bei einem Schlaganfall (zerebrale Ischämie) ist jedoch der Blutfluss im Gehirn zu niedrig, um dessen hohen Energiebedarf stillen zu können. Abhängig davon, wie ausgeprägt die Minderdurchblutung und der Energiebedarf des betroffenen Hirngebietes sind, führt dies entweder zu reversiblen Funktionsausfällen oder zu irreversiblen Schäden.

Bisherige Untersuchungen haben sich vorwiegend auf die verzögert auftretenden Vorgänge, die zu Zellschäden und Zelltod führen, konzentriert, während der genaue zeitliche Ablauf der ausgelösten frühen Prozesse an Synapsen – den Kontaktstellen zwischen Nervenzellen – weitgehend unbeachtet blieb. Da diese synaptischen Veränderungen zu den ersten Ereignissen der ischämischen Kaskade gehören, ist ein besseres Verständnis ihrer Ursachen und Mechanismen dringend erforderlich. Die Forschungsgruppe (FOR) 2795 "Synapsen unter Stress: akute Veränderungen durch mangelnde Energiezufuhr an glutamatergen Synapsen" schließt diese Lücke.

In ihrer ersten dreijährigen Förderperiode konnte die Forschungsgruppe durch die Anwendung moderner molekularer sowie hoch- und höchstauflösender bildgebender Verfahren zeigen, dass ein Zusammenbruch der zellulären Ionenkonzentrationen zu den frühsten Prozessen gehört, die durch Unterbrechung der Energieversorgung in Gehirnzellen hervorgerufen werden. Weiter konnten sie hierfür verantwortliche Mechanismen entschlüsseln und damit neue Targets für zukünftige Therapieoptionen aufzeigen. Die experimentellen Daten wurden als Grundlage zur Entwicklung eines mathematischen Modells verwendet, mit welchem die Vorgänge an Synapsen "in silico" – also im Computer – simuliert werden können. Die Ergebnisse der Gruppe wurden in über 45 Publikationen in internationalen Zeitschriften veröffentlicht.

In der nun von der DFG genehmigten nächsten Förderperiode stellen die Forschenden die Anpassungsmechanismen sowie die Reversibilität der auftretenden Effekte in den Vordergrund. Dabei werden sie verstärkt Wechselwirkungen zwischen einzelnen Zellen und Zell-Kompartimenten sowie Zellorganellen (Mitochondrien, Lysosomen) in den Blick nehmen, um ein umfassendes Verständnis der komplexen (intra-)zellulären Interaktionen im Hirngewebe zu erlangen. Neu ins Forschungsprogramm aufgenommen wurden aus humanen Stammzellen gewonnene Kulturmodelle, um die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf die Bedingungen im menschlichen Gehirn zu erhöhen. Weiter verstärkt wird die FOR zudem durch zwei Mercator-Fellows von der Universität South Florida (USA) sowie der Universität Szeged (Ungarn).

Die Forschungsgruppe FOR 2795 hat sich das Ziel gesetzt, ein neues tiefgreifendes Verständnis molekularer und zellulärer Prozesse zu generieren, die in direkter Abhängigkeit vom Energiestatus stehen. Darüber hinaus will sie die Mechanismen, die Störungen der Synapsenfunktionen bei Energiemangel hervorrufen, identifizieren. Biomedizinische Grundlagenforschung soll so ermöglichen, neue Herangehensweisen zum Schutz von Gehirnzellen bei Energieunterversorgung zu identifizieren und zu testen. Diese werden dringend benötigt, um bessere therapeutische Strategien zur Behandlung von schlaganfallinduzierten Hirnschädigungen zu entwickeln.

Weitere Informationen:
Institut für Biologische Informationsprozesse, Molekular- und Zellphysiologie (IBI-1)
Pressemitteilung der HHU

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