Abdocken synaptischer Vesikel als Mechanismus für niederfrequente synaptische Depression

• Antragstellerin: Dr. Melissa Silva Medina Weil, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 578410388

Nervenzellen kommunizieren über spezialisierte Verbindungen, die sogenannten Synapsen. Die Stärke dieser Verbindungen ist äußerst dynamisch und kann auf unterschiedlichen Zeitskalen moduliert werden. Kurzzeitplastizität beschreibt die Verstärkung (Fazilitierung) oder Abschwächung (Depression) der synaptischen Übertragung im Bereich von Millisekunden bis Sekunden. Synapsen sind in der Lage, über ein breites Frequenzspektrum hinweg zu arbeiten, Nervenzellen im lebenden Organismus sind jedoch einen Großteil der Zeit vor allem bei niedrigen Frequenzen aktiv. In diesem Bereich wird angenommen, dass die synaptische Stärke aufgrund schneller Erholungsprozesse stabil bleibt. Neue Erkenntnisse deuten jedoch darauf hin, dass Synapsen auch durch niederfrequente Aktivität moduliert werden können. Interessanterweise legen morphologische Daten nahe, dass ein gemeinsamer präsynaptischer Mechanismus sowohl für hochfrequente Fazilitierung als auch für niederfrequente Depression der synaptischen Übertragung verantwortlich sein könnte. An der präsynaptischen Kurzzeitplastizität sind mehrere Mechanismen beteiligt, darunter die Akkumulation von Kalziumionen und der Verbrauch synaptischer Vesikel. Bevor die Vesikel mit der präsynaptischen Membran verschmelzen, interagieren sie mit speziellen Strukturen, den sogenannten Andockstellen. Das Andocken der Vesikel kann die synaptische Übertragung regulieren und sowohl einer Fazilitierung als auch einer niederfrequenten Depression zugrunde liegen. Wie genau dieser Andockprozess die synaptische Übertragung und Plastizität steuert, ist jedoch noch nicht verstanden. Das Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, das Verhalten von Synapsen über das gesamte Frequenzspektrum hinweg zu charakterisieren und die Rolle des Andockens synaptischer Vesikel bei der Kurzzeitplastizität zu klären. Dazu werden in neuronalen Modellen der Maus und des Menschen fortschrittliche Techniken wie Elektrophysiologie, Proteomik und computergestützte Modellierung kombiniert, um Mechanismen aufzudecken, welche die neuronale Kommunikation steuern. Die gewonnenen Erkenntnisse erweitern nicht nur unser Verständnis der Funktionsweise des Gehirns, sondern können auch neue Ansätze für die Behandlung neurologischer Erkrankungen und die Weiterentwicklung künstlicher neuronaler Netze fördern.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle