Projekte der AG Molekulare Neurowissenschaften

Die ?tiologie der unipolaren Depression (Major Depression, MDD) ist l?ngst nicht vollst?ndig verstanden. Wir glauben heute, dass eine Kombination genetischer Risikofaktoren sowie das Vorliegen traumatischer Ereignisse, neurobiologischer St?rungen und psychosozialer Stress zur Entstehung der MDD beitragen. Pathologische Ver?nderungen in neurobiologischen Mechanismen betreffen z.B. das Monoaminerge-, Glutamaterge- und GABAerge Neurotransmittersystem, sowie St?rungen der Neurogenese, synaptischen Plastizit?t und Apoptose. Eine aktuelle Hypothese sieht die zentrale Bedeutung mitochondrieller Dysfunktion für die Entstehung psychiatrischer Erkrankungen wie der MDD.

In diesem Zusammenhang versuchen wir molekulare pathomechanismen mitochondrieller Dysfunktion in Zellen depressiver Patienten zu identifizieren.

(Modified from M. Rossbach)

Humanes zellul?res Depressionsmodell

• Gewinnung von Fibroblasten depressiver Patienten und gesunder Kontrollpersonen durch Hautbiopsie
• Reprogrammierung der humanen Fibroblasten und Generierung induzierter pluripotenter Stammzellen (hiPSC)
• Differenzierung der hiPSC zu neuralen Vorl?uferzellen (NPCs), Neuronen und Astrozyten

Funktionelle Charakterisierung zellul?rer und mitochondrieller Funktion der Fibroblasten, NPCs,??Neurone und Astrozyten

• Mitochondrielles Membranpotential
• Funktion der Atmungskettenenzyme und ATP Synthase (ETC, OXPHOS): High resolution respirometry
• ATP Produktion
• Reaktive Sauerstoffspezies (ROS) und antioxidative Kapazit?t
• Mitochondrielle Morphologie und Dynamik
• Ca2+ Imaging
• Elektrophysiologie mitochondrieller Ionenkan?le und Transporter

Biophysikalische und pharmakologische Charakterisierung der neuronalen Funktion: von der Zelle zum Netzwerk?

• Funktion der Ionenkan?le und Rezeptoren
• Elektrophysiologie synaptischer Transmission
• Live-Cell Imaging (Ca2+ und Membranpotential)

Neurosteroidogenese, Mitochondrien und Neuroprotektion

Das mitochondriale Translokatorprotein (TSPO) (18 kDa) ist ein hochkonserviertes Protein der ?u?eren Mitochondrienmembran und scheint an der Regulation vielf?ltiger zellul?rer Prozesse beteiligt zu sein. So k?nnen TSPO-Liganden erheblichen Einfluss auf die Steroid-/Neurosteroidbiosynthese nehmen und ?somit durch eine gesteigerte Synthese von GABA(A)-Rezeptor modulierenden Neurosteroiden eine Rolle bei der Modulation von Angstverhalten, Stress ?und bei Depressionen spielen. Die Bedeutung von TSPO geht jedoch über psychiatrische Erkrankungen hinaus. So ist die Expression von TSPO in peripheren neuronalen Regenerations- (axonale Regeneration), aber auch Degenerationsprozessen wie der amyotrophen Lateralsklerose deutlich erh?ht. ?Weiterhin scheint der TSPO Komplex auch bei Sch?digungen des ZNS, bei neurodegenerativen Erkrankungen (Morbus Alzheimer und Parkinson) und bei Tumoren eine wichtige Rolle zu spielen, da auch hier in den betroffenen Hirnarealen eine deutliche Expressionssteigerung feststellbar ist. Somit ist die Frage nach Funktion und Bedeutung von TSPO und seinen Liganden als m?gliches neuroprotektives und neurotherapeutisches Prinzip von gro?em Interesse für die neurobiologische/psychiatrische Grundlagenforschung sowie für die klinische Anwendung spezifischer TSPO-Liganden als m?gliche Therapeutika.
Da die Mechanismen der TSPO-vermittelten Wirkung noch wenig erforscht sind, kann eine differenzierte ?Betrachtung der Wirkung von TSPO-Liganden auf die Physiologie und Pathophysiologie von Mitochondrien interessante Befunde liefern. So stellen das mitochondriale Membranpotential, der Ca2+ Flux, die Regulation der MPTP (mitochondrial permeability transition pore), die Interaktion mit VDAC (voltage-dependent anion channel), der Umgang mit reaktiven Sauerstoffspezies und der Release von proapoptotischen Faktoren wichtige funktionale Aspekte dar, die für Proliferation, ?berleben und Apoptose von neuronalen Zellen besonders wichtig sind. Eine Untersuchung dieser Parameter k?nnte neue wichtige Einblicke in die Mechanismen der TSPO-Funktion und die Pharmakologie von TSPO-Liganden gew?hren.

• Struktur, Architektur?und Funktion des TSPO/VDAC Superkomplexes
• TSPO und Neurosteroidbiosynthese
• Ca2+ Hom?ostase
• TSPO und reaktive Sauerstoffspezies (ROS)
• Bedeutung, Funktion und Regulation mitochondrialer Ionenkan?le und Transporter
• Regulation mitochondrialer pro- und antiapoptotischer Faktoren
• TSPO und Neuroinflammation

Ein wesentlicher Aspekt unserer Forschungsprojekte ist die Frage nach der Bedeutung von transient receptor potential (TRP) Ionenkan?len für psychiatrische St?rungen. Die Familie der humanen TRP Rezeptoren umfasst 27 Mitglieder, die als unselektive (z.T. auch selektive) Kationenkan?le ein sehr breites Aktivierungsspektrum aufweisen und in sehr vielen vegetativen und neuronalen Geweben exprimiert werden. TRP Rezeptoren werden durch chemische und/oder physikalische Reize, sowie durch intrazellul?re Signalkaskaden aktiviert und in ihrer Funktion moduliert. Die biologische Bedeutung dieser Rezeptoren ist ?u?erst vielf?ltig und reicht von polymodaler Nozizeption in afferenten sensorischen Nervenfasern über die Regulation grundlegender Zellfunktionen (Proliferation, Apoptose) bis zur Modulation neuronaler Aktivit?t in definierten Populationen von Nervenzellen und in neuronalen Netzwerken. Die Bedeutung der TRP Rezeptoren für neurologische oder psychiatrische Erkrankungen ist bis heute noch kaum bekannt. TRPC Ionenkan?le (TRPC1, TRPC3, TRPC4 und TRPC6) scheinen eine Rolle bei der Proliferation und Entwicklung von neuronalen Vorl?uferzellen zu spielen und nehmen deshalb Einfluss auf die Entwicklung des Nervensystems. Entsprechende St?rungen k?nnten auch bei der ?tiologie schizophrener Erkrankungen eine Rolle spielen.
TRP Ionenkan?le beeinflussen aber auch die Aktivit?t und Funktion von Nervenzellen im adulten Gehirn. So ist bekannt, dass ein Vertreter aus der Gruppe der TRPC Rezeptoren (TRPC6) die Wiederaufnahme von Neurotransmittern bei der synaptischen Transmission beeinflusst. Chemische Substanzen, die diese Wirkung modulieren, besitzen antidepressives Potential (Hyperforin aus Hypericum perforatum). Weiterhin ist bekannt, dass TRPC5 defiziente M?use ein deutlich ver?ndertes Angstverhalten zeigen und somit dieser Rezeptor auch bei? Angsterkrankungen involviert sein k?nnte. TRPV1 Rezeptoren fungieren in sensorischen Afferenzen als polymodale Nozizeptoren, ihre Expression in zentralen Neuronen verschiedenster Areale und Kerngebiete hat jedoch sicherlich eine andere Bedeutung. So werden TRPV1 (aber auch TRPV2) Rezeptoren in hypothalamischen Vasopressin/Oxytocinergen Neuronen exprimiert und treten h?ufig in hippocampalen Cannabinoid-Rezeptor-positiven (CB1+) Neuronen auf. Die weitverbreitete Expression der TRPV1 Rezeptoren und Hinweise aus Beobachtungen von TRPV1-defizienten Tieren legen eine m?gliche Beteiligung dieses Rezeptors an Krankheitszust?nden wie Angstst?rungen, Depression, Schizophrenie und Stress (Aktivit?t der HPA-Achse) nahe. 百利宫_百利宫娱乐平台￥官网es weite Feld steht noch ganz am Anfang der psychiatrischen Forschung und soll in enger Verflechtung von Grundlagenforschung und klinischen Aspekten untersucht werden. So k?nnten z.B. Genvarianten von TRP Rezeptoren bei Patienten mit affektiven St?rungen im Hinblick auf neuroendrokrine St?rungen im Bereich der HPA-Achse untersucht werden. Ferner k?nnen verfügbare Tiermodelle (chronic mild stress) auf Expression und Funktion von TRP-Rezeptoren untersucht werden.

• Struktur und Funktion
• Funktionale Interaktion von TRP Rezeptoren und G-Proteinen
  • TRPM8 und Gq
  • TRPA1/TRPV1 und G-Proteine
• Modulation von TRPV1 durch Cdk5