FOR 2795:  Synapsen unter Stress: akute Veränderungen durch mangelnde Energiezufuhr an glutamatergen Synapsen

• Fachliche Zuordnung: Biologie ; Medizin
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 394431587

Das Gehirn des menschlichen Körpers hat einen sehr hohen Energieverbrauch. Unter normalen Bedingungen wird das benötigte ATP hauptsächlich durch die oxidative Phosphorylierung der Mitochondrien bereitgestellt. Bei Auftreten einer zerebralen Ischämie jedoch ist der Blutfluss im Gehirn zu niedrig um seinen hohen Energiebedarf stillen zu können und es kommt es zu einem raschen Abfall des zellulären ATP Spiegels. In Abhängigkeit von der Ausprägung der Minderdurchblutung und dem Energiebedarf des betroffenen Hirngebietes führt dies entweder zu reversiblen Funktionsausfällen oder zu irreversiblen Schäden. Bisherige Untersuchungen haben sich vorwiegend auf die verzögert auftretenden Vorgänge, die zu Zellschäden und Zelltod führen, konzentriert, während der genaue zeitliche Ablauf der durch einen ATP-Abfall ausgelösten frühen Prozesse an Synapsen hingegen weitgehend unbeachtet blieb. Da diese synaptischen Veränderungen zu den ersten Ereignissen der ischämischen Kaskade gehören, ist ein besseres Verständnis ihrer Ursachen und Mechanismen dringend erforderlich. Die Forschungsgruppe (FOR) 2795 „Synapsen unter Stress: akute Veränderungen durch mangelnde Energiezufuhr an glutamatergen Synapsen“ schließt diese Lücke und stellt dabei die Hauptkompartimente glutamaterger Synapsen, prä- und postsynaptische Neurone, perisynaptische Astrozyten sowie den Extrazellulärraum, in den Mittelpunkt. Unsere Projekte decken die wesentlichen Komponenten synaptischer Funktion ab und schließen Anpassungsmechanismen sowie Reversibilität auftretender Effekte mit ein. Wir analysieren die Wechselwirkungen zwischen einzelnen Kompartimenten und legen besonderes Augenmerk auf wichtige Zellorganellen (synaptische Vesikel, Mitochondrien und Lysosomen) um ein umfassendes Verständnis der komplexen (intra-) zellulären Interaktionen an Synapsen zu erlangen. Zusätzlich zum zerebralen Cortex der Maus verwenden wir aus humanen Stammzellen gewonnene Kulturmodelle, um die Übertragbarkeit unserer Ergebnisse auf die Bedingungen im menschlichen Gehirn zu erhöhen. Der Einsatz neuer zellulärer Bildgebungsverfahren, moderner molekularbiologischer Werkzeuge und Modellsysteme sowie mathematischer Simulierungen erlaubt es uns, die Energieabhängigkeit von Synapsen und die akuten Veränderungen glutamaterger Synapsen nach mangelnder Energiezufuhr mit bislang einzigartiger räumlicher und zeitlicher Auflösung darzustellen. Die FOR 2795 wird daher zu einem ganzheitlichen Verständnis der durch Energiemangel hervorgerufenen frühen Veränderungen an Synapsen führen. Sie wird ein neues tiefgreifendes Verständnis grundlegender Pathomechanismen generieren, welches dringend für die Entwicklung besserer therapeutischer Strategien zur Behandlung von Schlaganfall-induzierten Hirnschädigungen benötigt wird.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Internationaler Bezug: Niederlande

Projekte

• Chloridhomöostase in neuronalen Kompartimenten unter akutem metabolischem Stress (Antragsteller Fahlke, Christoph )
• Die Synapse unter Energiemangelbedingungen (Antragstellerin Rose, Christine R. )
• Einfluss und Anpassung des Glutamatrezeptor-Signalings bei metabolischem Stress (Antragsteller Reiner, Andreas )
• Funktionelle, strukturelle und metabolische Konsequenzen des pathologischen Ionenungleichgewichts beim Schlaganfall (Antragsteller Petzold, Gabor )
• Koordinationsfonds (Antragstellerin Rose, Christine R. )
• Lebenszyklus von AMPA-Rezeptoren während akutem metabolischem Stress (Antragstellerin Erlenhardt, Nadine )
• Mechanismen der präsynaptischen Dysfunktion während akutem metabolischen Stress (Antragsteller Klingauf, Jürgen )
• Mitochondrialer Umbau in menschlichen Neuronen, Astrozyten und Hirnorganoiden unter metabolischem Versagen (Antragstellerinnen / Antragsteller Anand, Ph.D., Ruchika ;  Prigione, Ph.D., Alessandro )
• Neue Mechanismen der Natrium-Dysregulation durch akuten metabolischen Stress (Antragstellerin Rose, Christine R. )
• Ursachen und Konsequenzen veränderter Glutamatsignale nach metabolischem Stress (Antragsteller Henneberger, Christian )

• Sprecherin: Professorin Dr. Christine R. Rose