Untersuchung der Rolle der neuronalen Glykolyse in der Regulation des Schlafs bei Säugetieren

• Antragsteller: Professor Dr. Henrik Bringmann
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 565312448

Schlaf ist ein grundlegender physiologischer Zustand in allen Tieren, die ein Nervensystem besitzen. Schlaf ist essentiell, und Schlafstörungen sind in modernen Gesellschaften weit verbreitet und stellen ein ungelöstes medizinisches und wirtschaftliches Problem dar. Trotz seiner Bedeutung bleibt der nicht-REM-Schlaf, der sich durch langsame Oszillationen in der Aktivität von kortikalen Neuronen auszeichnet, auf biochemischer und molekularer Ebene schlecht verstanden. Dieses Projekt zielt darauf ab, den Einfluss der neuronalen Glykolyse auf die Regulation des Schlafs zu erforschen und dabei auf unseren vorherigen Erkenntnissen in C. elegans aufzubauen. Unsere vorherige Arbeit in C. elegans zeigte eine Hemmung der neuronalen Glykolyse als charakteristisch für den Schlaf. Mittels genetischer Manipulationen von Glykolyse konnten wir zeigen, dass die Herunterregulierung der neuronalen Glykolyse den Schlaf fördert, während eine Hochregulierung mit verringertem Schlaf verbunden ist. Dabei wurde PFKFB als positiver Regulator der neuronalen Glykolyse und negativer Regulator des Schlafs identifiziert, während FBPase ein negativer Regulator der Glykolyse und positiver Regulator des Schlafs ist. Unser Ziel mit diesem Projekt ist es, diese Erkenntnisse auf Säugetiere zu übertragen, indem wir Mäuse verwenden, um die Auswirkungen der Manipulation der neuronalen Glykolyse auf sowohl den nicht-REM- als auch auf den REM-Schlaf zu untersuchen. Es sollen konditionale Mutanten mit gefloxen Allelen von Glykolyse-Genen erzeugt werden, wobei Cre-Rekombinase verwendet wird, um selektiv Gene in glutamatergen Neuronen zu deletieren. Diese Neuronen sind wichtig für die Generierung der langsamen Oszillationen während des Schlafs. Wir werden die Hypothesen testen, dass PKM und PFKFB in glutamatergen Neuronen eine hemmende Rolle im Schlaf spielen und dass FBPase in glutamatergen Neuronen den Schlaf fördert. Unsere Ziele beinhalten daher die Erzeugung konditionaler Knockdowns für jedes dieser Glykolyse Gene und die Quantifizierung von Schlafverhalten und EEG während des Grundschlafs und der Erholungsschlafphasen nach Schlafentzug. Diese Forschung zielt darauf ab, entscheidende Faktoren zu identifizieren, die die neuronale Glykolyse regulieren, und deren Auswirkungen auf den Schlaf zu verstehen. Dies trägt zu einem tieferen biochemischen Verständnis der Regulationsmechanismen des Schlafs bei. Dieser umfassende Ansatz, der sowohl Verhaltensstudien als auch EEG nutzt, gewährleistet eine gründliche Untersuchung der komplexen Beziehung zwischen neuronaler Glykolyse und Schlaf bei Säugetieren und schließt eine kritische Lücke in unserem Verständnis der Schlafbiologie. Die Studie könnte potenzielle therapeutische Strategien für Schlafstörungen bieten, indem auf der Ebene von neuronaler Glykolyse bei Schlafstörungen interveniert wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen