Molekulare Systembiologie von Synapsen

Wir erforschen Protein-Netzwerke an den Synapsen, den Kontaktstellen der Nervenzellen, um die molekularen Grundlagen von neuronalen Schaltkreisen und damit die Funktionsweise des Gehirns besser zu verstehen.

Visualisierung eines synaptischen Protein-Netzwerks (angepasst von van Oostrum et al., Cell 2023).

Die Funktion des Gehirns beruht auf der Kommunikation zwischen Nervenzellen über spezielle Kontaktstellen, den sogenannten Synapsen. Diese winzigen Strukturen befinden sich an den weitläufigen Nervenzell-Verzweigungen. Die Neuronen produzieren und diversifizieren die Kontaktstellen, indem sie Proteine auf vielfältige Weise kombinieren. Diese Kombination bestimmt letztendlich die funktionellen Eigenschaften der Synapse.

Molekulare Grundlagen der neuronalen Kommunikation
Unser Fokus liegt auf der Dynamik solcher synaptischen Proteine und wie dies mit der Funktion und dem Verhalten von Nervenzellen zusammenhängt. Wir möchten verstehen, wie Proteinnetzwerke die typspezifische Verschaltung der Synapsen bestimmen, die Entwicklung neuronaler Schaltkreise koordinieren und wie sich diese während des Alterns und bei neurologischen Störungen verändern.

Vom Molekül zum Phänotyp
Wir bringen die molekulare Neurobiologie mit der Systemneurowissenschaft zusammen und kombinieren modernste Technologien, wie zum Beispiel die Massenspektroskopie-basierte Proteomik mit der fluoreszenzaktivierten Zellsortierung (FACS) sowie die in vivo Markierung von definierten Gruppen von Synapsen innerhalb neuronaler Schaltkreise.

Bedeutungen für neurologische Erkrankungen
Die fehlerhafte Regulation und Funktion von synaptischen Proteinen spielen eine zentrale Rolle bei der Entstehung von neurologischen Entwicklungsstörungen und neurodegenerativen Erkrankungen. Die Untersuchung typspezifischer synaptischer Proteome und ihre Interaktionen bietet Einblicke in die molekularen Mechanismen dieser Krankheiten und könnte die Entwicklung zielgerichteter Therapien erleichtern.