Fluoreszenz-Sonde ermöglicht neue Einblicke in die Depression

Ein chinesisches Team hat eine für Serotonin hoch empfindliche, selektive Fluoreszenz-Sonde für bildgebende Verfahren entwickelt. Damit bestätigen sie die Hypothese, dass das Biomolekül mTOR mit einer verringerten Fähigkeit zur Serotonin-Freisetzung in Zusammenhang steht.

Depressionen stellen weltweit ein erhebliches Problem für die öffentliche Gesundheit dar. Die derzeitige Behandlung ist unzureichend, vor allem weil der Mechanismus der Depression schwer zu ermitteln ist. Neue Untersuchungen sprechen dafür, dass Depressionen nicht nur durch einen verminderten Serotonin-Spiegel verursacht werden.

Um die Rolle von Serotonin bei Depressionen zu untersuchen, wollte das Team um Weiying Lin von der Guangxi-Universität (China) eine hochselektive molekulare Fluoreszenz-Sonde entwickeln. Das Problem: Serotonin ähnelt in seiner Struktur und Chemie anderen Biomolekülen, wie Melatonin und Tryptophan. Genaue Analysen ergaben jedoch subtile Unterschiede in den Reaktivitäten. Das Team designte daher eine spezielle reaktive Gruppe (3-Mercaptopropionat), die über eine Kaskadenreaktion hochselektiv mit Serotonin reagieren kann. Dieser reaktive Baustein wurde an einen Fluoreszenzfarbstoff (Dicyanomethylen-Benzopyran-Derivat) angehängt. Damit kann die Sonde selektiv und empfindlich die Anwesenheit von Serotonin anzeigen, auch im Inneren von Zellen.

Das Team nutzte die Sonde für die Bildgebung an einer neuronalen Zelllinie, die durch Gabe von Kortikosteron in ein Modell für Depression umgewandelt werden kann. Es zeigte sich, dass das Serotonin-Level in den normalen und den „depressiven“ Zellen fast gleich hoch war. Die depressiven Zellen konnten als Antwort auf eine Stimulation jedoch wesentlich weniger Serotonin ausschleusen als die normalen. Zugabe der gängigen Antidepressiva (Serotonin-Wiederaufnahmehemmer) konnte die Freisetzung leicht erhöhen.

Laut einer Hypothese soll das Biomolekül mTOR, das eine Rolle bei vielen zellulären Signalwegen spielt, mit einer verringerten Fähigkeit zur Serotonin-Freisetzung in Zusammenhang stehen. In der Tat beobachte das Team, dass mTOR-Aktivatoren die Serotonin-Freisetzung der depressiven Zellen deutlich erhöhen, mTOR-Hemmer umgekehrt die Serotonin-Freisetzung der normalen Zellen verringern. Am Neuronen- und im Maus-Modell konnten alle Ergebnisse bestätigt werden.

Die Bildgebungsstudien sprechen dafür, dass das Serotonin-Niveau im Modell für Depressionen nicht der primäre Faktor ist. Kritischer scheint die Fähigkeit von Neuronen zu sein, Serotonin freizusetzen – die stark mit der Aktivität von mTOR korreliert. Dies könnte den Forschenden zufolge eine neue Richtung für die Weiterentwicklung antidepressiver Therapien weisen.