ERC Consolidator Grant: PhotonSignaling untersucht Lichtproduktion in Neuronen

Dr. Jian Cui, Principal Investigator am Helmholtz Pioneer Campus, wurde für sein Projekt PhotonSignaling mit einem ERC Consolidator Grant ausgezeichnet.

Cui gehört am Innovation Hub von Helmholtz Munich zu einer neuen Generation von „Pioneers“, die aus mutigen wissenschaftlichen Ideen konkrete Fortschritte für die Biologie und Medizin ableiten.

Ein verborgenes Leuchten im Gehirn

Das Projekt PhotonSignaling geht der Hypothese nach, dass bestimmte Neuronen im Gehirn von Säugetieren möglicherweise in der Lage sind, selbst Licht zu erzeugen – und dieses intern wahrzunehmen. Säugetiere nutzen lichtempfindliche Opsin-Proteine im Auge für das Sehen. Aber sie verfügen auch über sogenannte „nicht-visuelle“ Opsine in tiefen Geweben wie dem Gehirn. Umgebungslicht kann diese Bereiche aufgrund von Haaren, Haut, Knochen und Gewebe jedoch kaum erreichen. Warum also existieren dort überhaupt lichtsensitive Proteine?

Cui vermutet, dass diese Opsine durch einen internen Mechanismus aktiviert werden könnten: lichtgenerierende chemische Reaktionen, die durch reaktive Sauerstoff- und Stickstoffspezies ausgelöst werden, welche Zellen im Rahmen ihrer Stoffwechselprozesse produzieren. Erste Untersuchungen seines Teams zeigen, wie diese Reaktionen Licht erzeugen – sogar in Zellen. Das deute den Wissenschaftlern zufolge darauf hin, dass sie tatsächlich nicht-visuelle Opsine in Neuronen von Mäusen aktivieren können.

Neue Einblicke für Biologie und Medizin

Mit Unterstützung des ERC-Grants will das Projekt PhotonSignaling genau erforschen, wie das vorgeschlagene „redox-photonische Signaling“ auf molekularer und zellulärer Ebene funktioniert. Zudem soll der Frage nachgegangen werden, ob und wie Neuronen internes Licht zuverlässig für die Signalübertragung nutzen können. Des Weiteren sollen die Auswirkungen eines solchen Mechanismus auf zelluläre Prozesse näher untersucht werden.

Sollte sich das Konzept bestätigen, könnte es unser Verständnis darüber, wie Zellen Stoffwechselzustände, oxidativen Stress oder Krankheiten wahrnehmen und darauf reagieren, grundlegend verändern. Das könnte sich auch auf die Neurobiologie sowie neurodegenerative Erkrankungen auswirken und sogar neue therapeutische Ansätze eröffnen.

Mehr über die Arbeit von Jian Cui

Der ERC-Grant kommt zu einem Zeitpunkt, an dem Cuis Team die Möglichkeiten der Lichtdetektion für die zelluläre Bildgebung bereits erweitert hat. Im Juni 2025 präsentierten sie das neue Mikroskop „QIScope“. Dieses basiert auf der neu entwickelten Quanta-Image-Sensor-(QIS)-Technologie und kann sehr schwache biolumineszente Signale (erzeugt durch Luciferase-Enzyme) in lebenden Zellen nachweisen. Im Vergleich zu bisherigen Spitzentechnologien bietet QIScope eine höhere Sensitivität, bessere Auflösung und ein größeres Sichtfeld. Es ermöglicht so den Nachweis seltener Proteine sowie die langfristige Beobachtung winziger Zellstrukturen wie Vesikeln.