Projektbeschreibung
Am Ort der Informationsübermittlung erhält der Übermittler endlich die verdiente Aufmerksamkeit
In seinem wegweisenden Buch von 1949 stellte Donald Hebb als Erster das Vorhandensein von aktivitätsabhängigen Veränderungen bei Nervenzellen fest. Seitdem brachte die Wissenschaft unsere Erkenntnisse über die Interaktionen von Nervenzellen enorm voran. Die synaptische Plastizität wurde mit einer stetig verbesserten zeitlichen und räumlichen Auflösung untersucht und in manchen Fällen wurden elektrophysiologische und molekulare Veränderungen sogar mit dem Verhalten von Organismen in Verbindung gebracht. Trotz des großen Interesses und der Bedeutsamkeit der Vorgänge an den Synapsen hinsichtlich Kognition und Verhalten traten die präsynaptischen Veränderungen im Vergleich zu den postsynaptischen Veränderungen in den Hintergrund. Das EU-finanzierte Projekt PreSynPlast verwendet verschiedene In-vitro-Präparate sowie elektrophysiologische und molekulare Studien, um einen nie dagewesenen Einblick in die präsynaptische Plastizität zu erhalten. Für unser Wissen über das Gehirn, für Rechenmodelle und die Informatik sowie für neue Blickwinkel auf häufige Erkrankungen werden die Ergebnisse bedeutsam sein.
Ziel
The ambitious goal of this project is to reveal the molecular mechanisms of presynaptic plasticity in the vertebrate brain. Synaptic plasticity occurs in the form of alterations in both presynaptic neurotransmitter release and postsynaptic receptor function. However, due to technical reasons and in contrast to intensely studied postsynaptic plasticity, the presynaptic half of the brain’s synaptic plasticity remains enigmatic. This is a crucial knowledge gap for our understanding of learning and memory.
My ambitious aim is therefore to uncover the molecular and biophysical mechanisms of presynaptic plasticity. Building on my strong track record in presynaptic research, my group made a technical breakthrough by establishing patch-clamp recordings from small nerve terminals of cultured neocortical neurons with unprecedented high resolution. In addition, we use an innovative super-resolution-microscopy approach resolving the rearrangement of proteins within the presynaptic neurotransmitter release site, which allows high-throughput screening of all major classes of synaptic genes for their involvement in presynaptic plasticity. To reveal the neuron- and plasticity-type specificity, the identified molecular pathways will be analysed in different types of neurons in culture and acute brain slices. Building on these unique abilities, I will also investigate physiological and pathophysiological modulations of presynaptic plasticity. Specifically, I will test the hypothesis that metabolic constraints regulate presynaptic plasticity and that the amyloid pathology of Alzheimer’s disease impacts presynaptic plasticity.
Thus, for the first time in the history of neuroscience, neocortical nerve terminals can be investigated with direct electrophysiological recordings and super-resolution microscopy providing unprecedented spatial and temporal resolution for the analysis of presynaptic plasticity. The results could pave the way for new approaches treating neurological diseases.
Wissenschaftliches Gebiet
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-COG - Consolidator GrantGastgebende Einrichtung
04109 Leipzig
Deutschland