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FORSCHUNGSERGEBNISSE

Neue Erkenntnisse zu neuronalen Signalwegen bei Lernprozessen

By admin — published , last modified
Neurowissenschaftliche Forschung: Mikroskopaufnahme neuronaler Netzwerke
Neuronale Signalwege und synaptische Plastizität

Auf einen Blick

  • Forschende des Instituts für Molekulare Biowissenschaften haben erstmals molekulare Mechanismen der synaptischen Plastizität identifiziert, die bei Lernprozessen eine zentrale Rolle spielen.

  • Die Ergebnisse wurden in Nature Communications veröffentlicht.

  • Im Mittelpunkt steht ein neu entdecktes Protein-Komplex-System, das die Stärke synaptischer Verbindungen dynamisch reguliert.

  • Die Erkenntnisse können neue Ansätze für die Neurodegeneration-Forschung eröffnen.

  • Das Team arbeitet bereits an einem Tiermodell, um die Befunde in vivo zu validieren.

Synaptische Plastizität: Grundlage des Lernens

Lernen und Gedächtnis beruhen auf der Fähigkeit des Gehirns, synaptische Verbindungen zwischen Nervenzellen zu verändern – dieses Phänomen nennt man synaptische Plastizität. Obwohl seit Jahrzehnten intensiv erforscht, sind die molekularen Details, wie Synapsen ihre Stärke langfristig anpassen, noch nicht vollständig entschlüsselt.

Das Team um Prof. Dr. Jonas Weber hat sich auf den Mechanismus der Long-Term Potentiation (LTP) konzentriert, bei dem wiederholt aktivierte Synapsen dauerhaft effizienter werden – der Basis für Langzeitgedächtnis.

Die Entdeckung: ein neues Proteinnetzwerk

Mittels Proteomik und Live-Cell-Imaging konnte das Team einen bislang unbekannten Proteinkomplex identifizieren, der an aktiven Synapsen nach Stimulation rasch assembliert. Dieser Komplex reguliert die Einlagerung von AMPA-Rezeptoren in die postsynaptische Membran – ein Schlüsselprozess für die LTP-Induktion.

Besonders interessant: Zwei der beteiligten Proteine sind mit Genvarianten assoziiert, die in genomweiten Assoziationsstudien (GWAS) mit erhöhtem Alzheimer-Risiko in Verbindung gebracht werden. Dies eröffnet eine neue Hypothese, über welchen Weg Alzheimer-assoziierte Genvarianten die synaptische Funktion beeinträchtigen könnten.

Wissenschaftliche Laborarbeit in der biomedizinischen Grundlagenforschung
Biomedizinisches Forschungslabor Köln

Implikationen für Neurodegeneration und Ausblick

Die Verbindung zwischen dem neu entdeckten Proteinkomplex und Alzheimer-Risikogenen hat in der neurowissenschaftlichen Community bereits Beachtung gefunden. Zwei Gruppen aus den USA und Japan haben angekündigt, die Befunde unabhängig zu replizieren.

Das Klöner Team plant als nächsten Schritt ein konditionelles Mausmodell, in dem einzelne Komponenten des Komplexes ausgeschaltet werden können, um deren kausale Rolle im Lernprozess und in der Alzheimer-Pathologie direkt zu untersuchen. Ergebnisse werden für Ende 2027 erwartet.