Forschungsschwerpunkte

Am Institut für Strukturelle Neurobiologie werden dynamische Veränderungen neuronaler Strukturen während der Entwicklung sowie bei adaptiven Prozessen beim erwachsenen Organismus untersucht.

Neuronale Migration

Wir analysieren die zellulären und molekularen Mechanismen, die während der Hirnentwicklung die Wanderung von Neuronen vom Ort ihrer Bildung bis hin zum Zielort steuern. Reelin, ein Molekül der extrazellulären Matrix, das von Cajal-Retzius Zellen an der Oberfläche der Hirnrinde gebildet wird, spielt dabei eine maßgebliche Rolle. Wir haben kürzlich herausgefunden, dass Reelin die Verzweigung der Leitfortsätze migrierender Neurone induziert, sobald die Leitfortsätze die Marginalzone der Hirnrinde erreichen. Durch die Verzweigungen und durch Reelin-induzierte Cofilin-Phosphorylierung werden die Leitfortsätze in der Randzone verankert, wodurch die Migrationsrichtung des zugehörigen Zellkörpers vorgegeben wird. Fehlt Reelin, kommt es zu schweren Störungen der neuronalen Migration.

Arbeiten mit dem High-Pressure Freezer
Arbeiten mit dem High-Pressure Freezer

Synaptische Plastizität

In elektrophysiologischen und elektronenmikroskopischen Untersuchungen analysieren wir funktionelle und strukturelle Veränderungen an Synapsen, den Kontaktstellen zwischen Nervenzellen (Neuronen). Derartige synaptische Plastizität spielt vermutlich bei Lern- und Gedächtnisprozessen eine wesentliche Rolle. In unseren elektronenmikroskopischen Untersuchungen wenden wir die Technik des Hochdruckgefrierens (High-Pressure Freezing) an, die es uns ermöglicht, schnelle, transiente strukturelle Veränderungen an Synapsen, die mit funktionellen Veränderungen einhergehen, zu erfassen. Beim Hochdruckgefrieren werden die Gewebeproben innerhalb von ca. 50 ms immobilisiert, ohne dass Fixierungslösungen mit Aldehyden zur Anwendung kommen, die bekanntlich Proteine denaturieren. Mit der Kombination von Hochdruckgefrieren und Immunogold-Markierung für die Elektronenmikroskopie analysieren wir die molekulare Zusammensetzung identifizierter Synapsen im Zentralnervensystem. Von unseren Untersuchungen erwarten wir neue Erkenntnisse über die funktionellen, strukturellen und molekularen Veränderungen, die mit synaptischer Plastizität und adaptiven neuronalen Mechanismen wie Lernen und Gedächtnis einhergehen.