AG Chemische Synapsen

Eckart D. Gundelfinger war Abteilungsleiter und bis 2020 wissenschaftlicher Geschäftsführer des LIN. Er war zudem Professor für molekulare Neurobiologie an der Medizinischen Fakultät der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg und einer der Sprecher des Center for Behavioral Brain Sciences (CBBS) in Magdeburg. Er studierte Biologie an der Universität Stuttgart, forschte für seine Doktorarbeit am Max-Planck-Institut für Biologie in Tübingen und war zwei Jahre als Postdoktorand am EMBL in Heidelberg tätig. 1984 begann er seine Forschung über molekulare Mechanismen von zentralnervösen Synapsen, zunächst als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Zentrum für Molekularbiologie der Universität Heidelberg (ZMBH) bei Prof. Heinrich Betz und ab 1988 in seiner eigenen Gruppe am Zentrum für molekulare Neurobiologie in Hamburg (ZMNH). Ab 1992 leitete er die Abteilung für Neurochemie und Molekularbiologie am LIN. Die aktuelle Forschung konzentrierte sich auf molekulare Mechanismen der synaptischen Plastizität, die Lern- und Gedächtnisprozessen zugrunde liegen, sowie auf Pathomechanismen von synaptischen Fehlfunktionen im Gehirn (Synaptopathien).

Die Freisetzung von Neurotransmittern aus synaptischen Vesikeln erfolgt an der aktiven Zone der präsynaptischen Membran. Dort orgsanisiert ein hoch organisiertes Proteinnetzwerk – die Cytomatrix an der aktiven Zone oder CAZ – Prozesse der regulierten Freisetzung und des Recycling der synaptischen Vesikel. Zwei sehr große Gerüstprotein – Bassoon (Fagott) und Piccolo – sind wesentlich an der Organisation der CAZ beteiligt. Seit ihrer Entdeckung vor mehr als 25 Jahren wurden verschiedenartige Funktionen dieser Proteine beschrieben (siehe Gundelfinger, Reissner & Garner, 2016). Derzeit beschäftigen uns Fragen wie:

• Welche Rolle spielen diese Proteine bei Prozessen der präsynaptischen Plastizität und bei Umbauprozessen an der aktiven Zone? (siehe z.B. Okerlund et al., 2017; Hoffmann-Conaway et al., 2020; Ivanova et al., 2020; Montenegro-Venegas, et al., 2020)
• Wie wirkt sich der Verlust von Bassoon an bestimmten Synapsenauf die Hirnentwicklung und die Hirnfunktion z.B. bei Lern- und Gedächtnisprozessen aus? (siehe z.B. Annamneedi et al., 2018)
• Was können wir daraus für menschliche Erkrankungen lernen? Mutationen im BSN-Gen können beim Menschen beispielsweise zu neurodegenerative Erkrankungen und zu Epilepsie führen. Ein Projekt zusammen mit der AG Extrazellulärmatrix untersucht entsprechend Veränderungen in der ECM in epileptischen Bsn-Mutanten der Maus als Krankheitsmodell.

Weitere Projekte, die in Zusammenarbeit mit mehreren Arbeitsgruppen des LIN und der Otto von Guericke-Universität durchgeführt werden, beschäftigen sich mit Veränderungen des Synapsenproteoms – also der Proteinbestückung aller beteiligten Synapsen – bei der Gedächtnisbildung oder bei Entzündungsprozessen im Gehirn.

• Wie verändern sich Synapsen bei Cortex-abhängigen Lernprozessen? Cortex-abhängige Lernprozesse rufen deutliche Veränderungen im Synapsenproteom des Mäusehirns hervor. Diese Umbauten fallen in den verschiedenen beteiligten Hirnarealen sehr unterschiedlich aus. Dies haben Forschungsarbeiten im Rahmen des SFB 779 ergeben (Kähne et al., 2012, 2016).
• Welchen Einfluss hat eine Toxoplasma-Infektion auf die Synapsen im Gehirn? Toxoplasma gondii ist ein eukaryotischer Parasit mit dem etwa 30% der Menschheit infiziert ist. Eine chronische Infektion mit dem Parasiten deutliche Veränderungen im Synapsenproteom von infizierten Mäusen hervorrufen. Dabei werden Signalwege, die Lern- und Plasitzitäsvorgänge verantwortlich sind herunter und Entzündungs-assoziierte Indikatoren hoch reguliert, wie eine von Prof. Ildiko Dunay (OVGU) geleitete Studie zeigte (Lang et al., 2018).