Synapsen unter Stress: Forschungsgruppe wird weiter gefördert

Bei einem Schlaganfall ist der Blutfluss im Gehirn zu niedrig, um den hohen Energiebedarf des Gehirns stillen zu können. Die Forschungsgruppe „Synapsen unter Stress“ aus Bochum, Bonn, Düsseldorf, Jülich, Münster und Twente untersucht die sehr früh ablaufenden Ereignisse nach einer solchen Mangelversorgung. Sie erhielt nun die Förderzusage der DFG für drei weitere Jahre.

Bisherige Untersuchungen haben sich vorwiegend auf die verzögert auftretenden Vorgänge, die zu Zellschäden und Zelltod führen, konzentriert, während der genaue zeitliche Ablauf der frühen Prozesse an Synapsen 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 2795 „Synapsen unter Stress: akute Veränderungen durch mangelnde Energiezufuhr an glutamatergen Synapsen“ schließt diese Lücke.

Die Forschungsgruppe unter Federführung von Prof. Christine Rose vom HHU-Institut für Neurobiologie nahm im Jahr 2019 ihre Arbeit auf. Sie umfasst Institute von fünf Universitäten, die zusammen mit dem Forschungszentrum Jülich und dem Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen in Bonn sowie mit zwei Instituten der Universität Twente in den Niederlanden unterschiedliche Aspekte der mangelhaften Energieversorgung des Gehirns mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung erforschen.

In ihrer ersten Förderperiode konnte die Gruppe durch die Anwendung molekularer sowie hoch- und höchstauflösender bildgebender Verfahren zeigen, dass ein Zusammenbruch der zellulären Ionenkonzentrationen zu den frühesten Prozessen gehört, die durch Unterbrechung der Energieversorgung in Gehirnzellen hervorgerufen werden. Des Weiteren 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.

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 Forschungsgruppe zudem durch zwei Mercator-Fellows von der Universität South Florida (USA) sowie der Universität Szeged (Ungarn).

Die Forschungsgruppe will nach eigenen Angaben ein neues Verständnis molekularer und zellulärer Prozesse 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, mögliche neue Herangehensweisen zum Schutz von Gehirnzellen bei Energieunterversorgung zu identifizieren und zu testen.