Nobelpreisträger als Gastforscher in Berlin : Nervensache

Das Projekt des ersten Gastwissenschaftlers am Berliner Instituts für Gesundheitsforschung ist gestartet: Nobelpreisträger Thomas Südhof untersucht gemeinsam mit Christian Rosenmund die Fehlfunktionen von Synapsen.

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Kollegen. Thomas Südhof (links) und Christian Rosenmund kennen sich seit fast 20 Jahren.
Kollegen. Thomas Südhof (links) und Christian Rosenmund kennen sich seit fast 20 Jahren.Foto: Wiebke Peitz I Charité Universitätsmedizin Berlin

Wenn das Gehirn krank wird, ist guter Rat teuer. „Wir wissen fast nichts über die neurobiologischen Grundlagen von psychiatrischen und neurodegenerativen Leiden“, sagt Medizin-Nobelpreisträger Thomas Südhof von der Universität Stanford. Zwar entdecke man immer wieder Gene, die das Risiko erhöhen, zum Beispiel an Schizophrenie zu erkranken. Doch welche Mechanismen für die Symptome verantwortlich sind, sei unbekannt. „Es gibt Hinweise darauf, dass bei vielen Krankheiten zuerst die Synapsen betroffen sind“, sagt Südhof. „Das wollen wir genauer untersuchen.“

Der erste Gastwissenschaftler des Berliner Instituts für Gesundheitsforschung (BIG), das von Max-Delbrück-Centrum und Charité getragen wird, baut gerade gemeinsam mit dem Berliner Neurowissenschaftler Christian Rosenmund eine kleine Arbeitsgruppe auf. Damit wird die langjährige Kooperation zwischen den beiden Hirnforschern institutionalisiert. In den nächsten drei Jahren will Südhof alle sechs Monate für ein paar Tage nach Berlin kommen, als Berater. Eine Mitarbeiterin haben sie bereits eingestellt, sie hat mit ersten Experimenten begonnen. Ein weitere soll im Januar 2015 dazukommen. Die Stiftung Charité fördert das Projekt pro Jahr mit 150 000 Euro aus den Mitteln der privaten Exzellenzinitiative Johanna Quandt. „Das wird die Neurowissenschaft in Berlin stärken“, sagt Ernst Rietschel vom Vorstand des BIG.

Die Verbindungsstellen zwischen den Nervenzellen erbringen normalerweise Höchstleistungen. Damit der Mensch denken, fühlen und handeln kann, übersetzen sie innerhalb von Millisekunden ein elektrisches in ein chemisches Signal. Kleine Bläschen setzen chemische Botenstoffe frei, sie können den 20 bis 50 Nanometer breiten Spalt zwischen den Nervenzellen überwinden. „Das ist wunderbar orchestriert“, sagt Südhof. Geht hier etwas schief, verstummt das „Gespräch“ der Zellen. Die Informationen können nicht weitergegeben werden.

Nachwuchsforscher sollen in Stanford Stammzell-Technik lernen

Südhof und Rosenmund interessieren sich besonders für zwei Eiweißfamilien, die das Zusammenspiel des Orchesters dirigieren: RIM und RBP. Sie sind Bestandteile eines Gerüsts, das dafür sorgt, dass das elektrische Signal genau am vorbereiteten Bläschen voller Neurotransmitter ankommt und es zur richtigen Zeit in Bewegung setzt. „Vermutlich können sie noch mehr“, sagt Südhof. Wenn ein Bläschen seine Botenstoffe ausgeschüttet hat, muss die Synapse es wiederverwenden. Sonst würde aus der Verbindungsstelle eine Sackgasse. Dieses Recycling steuern möglicherweise ebenfalls die beiden Proteinfamilien.

Um Erbgutveränderungen in diesen Eiweißen zu erforschen, nutzen die Wissenschaftler unterschiedliche Techniken. Aus Stanford kommen Mäuse, denen bestimmte Gene fehlen. „Das ist, als würde man aus einem Auto ein Teil nach dem anderen ausbauen und schauen, was passiert“, sagt Rosenmund. Außerdem wird ein Zweierteam aus Berlin im Frühjahr nach Stanford fliegen. Dort lernen die Nachwuchsforscher, wie man die Hautzellen eines Patienten zuerst zu induzierten, pluripotenten Stammzellen (ipS-Zellen) und schließlich zu voll funktionsfähigen Nervenzellen umprogrammiert. In der Petrischale können sie dann untersuchen, welche grundlegenden Eigenschaften dieser Nervenzellen gestört sind. „Das ist ein großer Fortschritt“, sagt Rosenmund. Schließlich können Ärzte nicht einfach eine Probe aus dem kranken Gehirn entnehmen, um das Leiden besser zu verstehen. „Vielleicht hilft so etwas in Zukunft auch dabei, eine sichere Diagnose zu stellen.“

Aus Berlin kommen unter anderem Techniken, die die Vorgänge in der Synapse sichtbar machen. Rosenmund führt die Presse in einen kleinen Raum im zweiten Stock des Cross-Over-Gebäudes der Charité. Der kühlschrankgroße Kasten, der dort steht, sieht völlig unspektakulär aus. Und doch leistet er Erstaunliches. Wenn ein Wissenschaftler mithilfe von Licht eine Nervenzelle in der Petrischale anregt, lässt das Hochdruckgefriergerät den Prozess innerhalb von Millisekunden erstarren. „Das gibt einen Knall, den man in der ganzen Abteilung hört“, sagt Rosenmund. Durch mehr als 2000 Bar Druck und flüssigen Stickstoff wird die Nervenzelle schockgefrostet, ohne dass sich dabei störende Eiskristalle bilden können. Die Struktur ist wie ein Schnappschuss, die Forscher können sie nun mithilfe eines Elektronenmikroskops bis ins kleinste Detail anschauen. „Eine massive Verbesserung eines alten Prinzips“, sagt Südhof.

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