AG Chemische Synapsen

Die Kommunikation zwischen Nervenzellen im Gehirn erfolgt großteils an speziellen Kontaktstellen, den chemischen Synapsen. Die Freisetzung von Neurotransmittern auf der präsynaptischen Seite und deren Wahrnehmung auf postsynaptischer Seite sind zentrale Prozesse der synaptischen Signalübertragung. Sie werden von komplexen molekularen Maschinen, die aus mehreren hundert Proteinen bestehen können, ausgeführt. Die enorme Leistungsfähigkeit unseres Gehirns beruht auf der dynamischen Regulation dieser Molekülmaschinen. Die damit verbundene Variation der synaptischen Übertragungsstärke, die synaptischen Plasitzität, ist Grundlage von Lernen und Gedächtnis. Die Forschung der Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit bestimmten Aspekten der synaptischen Funktion:

  • der Regulation der Neurotransmitterfreisetzung an der aktiven Zone
  • der Dynamik chemischer Synapsen bei Lern- und bei Krankheitsprozessen
  • Leiter

    Leiter

    Eckart D. Gundelfinger ist Abteilungsleiter und seit 2010 wissenschaftlicher Geschäftsführer der LIN. Er ist 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). Seit 1992 leitet er die Abteilung für Neurochemie und Molekularbiologie am LIN. Die aktuelle Forschung konzentriert sich auf molekulare Mechanismen der synaptischen Plastizität, die Lern- und Gedächtnisprozessen zugrunde liegen, sowie auf Pathomechanismen von synaptischen Fehlfunktionen im Gehirn (Synaptopathien).

  • Mitglieder

    Mitglieder

    Leiter  
    Gundelfinger, Prof. Dr. Eckart D. +49-391-6263-92421, 93311eckart.gundelfinger@lin-magdeburg.de
    Sekretariat  
    Bartsch, Maren +49-391-6263-93311, 91291maren.bartsch@lin-magdeburg.de
    Wissenschaftliche Mitarbeiter  
    Dr. Anil Annamneedi+49-391-6263-93371anil.annamneedi@lin-magdeburg.de
    Dr. Carolina Montenegro+49-391-6263-93341carolina.montenegro@lin-magdeburg.de
    Dr. Rainer Pielot+49-391-6263-93391rainer.pielot@lin-magdeburg.de
    Doktoranden  
    Armand Blondiaux+49-391-6263-93341armand.blondiaux@lin-magdeburg.de
    Technische Mitarbeiter und Laborservice  
    Isabel Herbert+49-391-6263-93231isabel.herbert@lin-magdeburg.de
    Chris Theuerkauf+49-391-6263-94282chris.theuerkauf@lin-magdeburg.de

     

  • Projekte

    Projekte

    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)
    • 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).
    • Ausgewählte Publikationen

      Ausgewählte Publikationen

      Annamneedi A, Caliskan G, Muller S, Montag D, Budinger E, Angenstein F, Fejtova A, Tischmeyer W, Gundelfinger ED, Stork O (2018) Ablation of the presynaptic organizer Bassoon in excitatory neurons retards dentate gyrus maturation and enhances learning performance. Brain Struct Funct (PMID: 29915867)

      Gundelfinger ED, Reissner C, Garner CC (2016) Role of Bassoon and Piccolo in Assembly and Molecular Organization of the Active Zone. Front Synaptic Neurosci 7:19

      Kähne T, Kolodziej A, Smalla KH, Eisenschmidt E, Haus UU, Weismantel R, Kropf S, Wetzel W, Ohl FW, Tischmeyer W, Naumann M, Gundelfinger ED (2012) Synaptic proteome changes in mouse brain regions upon auditory discrimination learning. Proteomics 12:2433-2444

      Kähne T, Richter S, Kolodziej A, Smalla KH, Pielot R, Engler A, Ohl FW, Dieterich DC, Seidenbecher C, Tischmeyer W, Naumann M, Gundelfinger ED (2016) Proteome rearrangements after auditory learning: high-resolution profiling of synapse-enriched protein fractions from mouse brain. J Neurochem 138:124-138

      Lang D, Schott BH, van Ham M, Morton L, Kulikovskaja L, Herrera-Molina R, Pielot R, Klawonn F, Montag D, Jansch L, Gundelfinger ED, Smalla KH, Dunay IR (2018) Chronic Toxoplasma infection is associated with distinct alterations in the synaptic protein composition.J Neuroinflamm 15: 21

    • Laufende Drittmittelprojekte

      Laufende Drittmittelprojekte

      2008-2019
      DFG SFB 779 "Neurobiologie motivierten Verhaltens"
      http://www.sfb779.de/


      2015-2018
      European Commission “Innovative Training Network ECMED“
      http://www.ecmed-itn.eu/


      2016-2019
      BMBF-FONDECYT/Chile “PrePlastic”

    • Kooperationen
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