Forschung & Entwicklung

Signalwege im Gehirn gezielt steuern

Lichtsensitive Proteine aus Nervenzellen des Auges, sogenannte Melanopsine, sind in der Lage, gezielt und mit hoher zeitlicher Präzision Signalwege in den Zellen des Gehirns an- und abzuschalten.

Normalerweise reguliert Melanopsin bei Säugetieren die Tag-Nacht-Rhythmik. Die Wissenschaftler vom Lehrstuhl für Allgemeine Zoologie und Neurobiologie der Ruhr-Universität Bochum (RUB) sowie von der Universität Osnabrück beschreiben unter anderem, dass die Melanopsine von Mäusen und Menschen unterschiedlich auf Lichtstimulation reagieren. Kurze blaue Lichtpulse aktivieren das Maus-Melanopsin dauerhaft, das menschliche Melanopsin aber nur kurzzeitig. Beide Proteine lassen sich durch gelbes Licht wieder abschalten.

Diese lichtsensitiven Proteine eigneten sich hervorragend als Grundlage für die Entwicklung von optogenetischen Werkzeugen, sagt Dennis Eickelbeck von der RUB. In der Optogenetik koppeln Forscher lichtempfindliche Proteine durch genetische Manipulation an andere Proteine und erzeugen so zum Beispiel Nervenzellrezeptoren, die sich mit Licht steuern lassen.

Auf diese Weise möchten die RUB-Forscher im nächsten Schritt lichtaktivierbare G-Protein-gekoppelte Rezeptoren herstellen. Diese regulieren eine Vielzahl von Funktionen im Körper. Ob ein G-Protein kurzzeitig oder dauerhaft aktiviert wird, entscheidet darüber, welcher Signalweg in der Zelle angeschaltet wird. Wenn sich die zeitlichen Aktivierungsmuster der G-Proteine ändern, kann dies schwere Krankheiten zur Folge haben, z. B. Adipositas oder Herz-Kreislauf-Störungen.

Einzelne Signalwege gezielt mit optogenetischen Methoden steuern zu können, ermöglicht es nicht nur, ihre Rolle für den gesunden Organismus zu ergründen. So lässt sich auch herausfinden, wie die Signalwege an der Entstehung bestimmter Krankheiten beteiligt sind.

In weiteren Studien möchten die Wissenschaftler verschiedene Melanopsine an Serotonin-Rezeptoren koppeln und genauer untersuchen, wie Störungen innerhalb des zeitlichen Ablaufs von G-Protein-Signalen zu Erkrankungen führen.

Originalveröffentlichung:

[K. Spoida, D. Eickelbeck, R. Karapinar, T. Eckhardt, M. D. Mark, D. Jancke, B. V. Ehinger, P. König, D. Dalkara, S. Herlitze, O. A. Masseck, Melanopsin variants as intrinsic optogenetic on and off switches for transient versus sustained activation of G Protein pathways, Current Biology, DOI: 10.1016/j.cub.2016.03.007]

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