Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neues optogenetisches Werkzeug: Signalwege im Gehirn gezielt an- und abschalten

08.04.2016

Bochumer Forscher haben sich lichtsensitive Proteine aus Nervenzellen des Auges – sogenannte Melanopsine – zunutze gemacht, um damit gezielt und mit hoher zeitlicher Präzision Signalwege in den Zellen des Gehirns anzuschalten. Je nachdem welches Melanopsin die Wissenschaftler verwendeten, konnten sie die Signalwege kurzzeitig oder dauerhaft aktivieren. Die Ergebnisse berichtet das Team der Ruhr-Universität Bochum gemeinsam mit Forschern der Universität Osnabrück in der Zeitschrift „Current Biology“.

Blau an, gelb aus: Mit Licht unterschiedlicher Farbe können Forscher Signalwege im Gehirn an- und abschalten.


Dennis Eickelbeck und Katharina Spoida entwickeln optogenetische Werkzeuge an der Ruhr-Universität Bochum.

© RUB, Tim Kramer


Die Melanopsine von Mensch und Maus reagieren unterschiedliche auf kurze blaue Lichtpulse.

© RUB, Tim Kramer

Bochumer Forscher haben sich lichtsensitive Proteine aus Nervenzellen des Auges – sogenannte Melanopsine – zunutze gemacht, um damit gezielt und mit hoher zeitlicher Präzision Signalwege in den Zellen des Gehirns anzuschalten. Je nachdem welches Melanopsin die Wissenschaftler verwendeten, konnten sie die Signalwege kurzzeitig oder dauerhaft aktivieren. Normalerweise reguliert das Protein bei Säugetieren die Tag-Nacht-Rhythmik.

Ihre Ergebnisse berichten Dr. Katharina Spoida, Dennis Eickelbeck, Prof. Dr. Stefan Herlitze und Dr. Olivia Masseck vom Lehrstuhl für Allgemeine Zoologie und Neurobiologie der Ruhr-Universität Bochum (RUB) gemeinsam mit weiteren Bochumer Kollegen sowie Forschern der Universität Osnabrück in der Zeitschrift „Current Biology“.

Vergleich: Melanopsin von Maus und Mensch

Die Wissenschaftler beschreiben unter anderem, dass die Melanopsine von Mäusen und Menschen unterschiedlich auf Lichtstimulation reagieren. Kurze blaue Lichtpulse aktivieren das Maus-Melanopsin dauerhaft, das menschliche Melanopsin aber nur kurzzeitig. Beide Proteine lassen sich durch gelbes Licht wieder abschalten.

„Diese lichtsensitiven Proteine eignen sich hervorragend als Grundlage für die Entwicklung von optogenetischen Werkzeugen“, sagt Dennis Eickelbeck. In der Optogenetik koppeln Forscher lichtempfindliche Proteine durch genetische Manipulation an andere Proteine und erzeugen so zum Beispiel Nervenzellrezeptoren, die sich mit Licht steuern lassen.

G-Protein-Signalwege entschlüsseln

Auf diese Weise möchten die RUB-Forscher im nächsten Schritt lichtaktivierbare G-Protein-gekoppelte Rezeptoren herstellen. Diese regulieren eine Vielzahl von Funktionen im Körper. Ob ein G-Protein kurzzeitig oder dauerhaft aktiviert wird, entscheidet darüber, welcher Signalweg in der Zelle angeschaltet wird. Wenn sich die zeitlichen Aktivierungsmuster der G-Proteine ändern, kann das schwere Krankheiten zur Folge haben, beispielsweise Adipositas oder Herz-Kreislauf-Störungen.

Einblick in das komplexe Serotoninsystem

Einzelne Signalwege gezielt mit optogenetischen Methoden steuern zu können, ermöglicht es nicht nur, ihre Rolle für den gesunden Organismus zu ergründen. Forscher können so auch herausfinden, wie die Signalwege an der Entstehung bestimmter Krankheiten beteiligt sind.

„In weiteren Studien möchten wir verschiedene Melanopsine an Serotonin-Rezeptoren koppeln und genauer untersuchen, wie Störungen innerhalb des zeitlichen Ablaufs von G-Protein-Signalen zu Erkrankungen führen“, berichtet Katharina Spoida, die gemeinsam mit Dennis Eickelbeck federführend bei der aktuellen Studie war.

Originalveröffentlichung

Spoida et al. (2016): Melanopsin variants as intrinsic optogenetic on and off switches for transient versus sustained activation of G Protein pathways, Current Biology, DOI: 10.1016/j.cub.2016.03.007
Pressekontakt

Prof. Dr. Stefan Herlitze
Lehrstuhl für Allgemeine Zoologie und Neurobiologie
Fakultät für Biologie und Biotechnologie
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: 0234 32 24363
E-Mail: stefan.herlitze@rub.de

Dr. Julia Weiler | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Dichtes Gefäßnetz reguliert Bildung von Thrombozyten im Knochenmark
25.07.2017 | Rudolf-Virchow-Zentrum für Experimentelle Biomedizin der Universität Würzburg

nachricht Welcher Scotch ist es?
25.07.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwandeln Strom in leuchtende Quasiteilchen

Starke Licht-Materie-Kopplung in diesen halbleitenden Röhrchen könnte zu elektrisch gepumpten Lasern führen

Auch durch Anregung mit Strom ist die Erzeugung von leuchtenden Quasiteilchen aus Licht und Materie in halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen möglich....

Im Focus: Carbon Nanotubes Turn Electrical Current into Light-emitting Quasi-particles

Strong light-matter coupling in these semiconducting tubes may hold the key to electrically pumped lasers

Light-matter quasi-particles can be generated electrically in semiconducting carbon nanotubes. Material scientists and physicists from Heidelberg University...

Im Focus: Breitbandlichtquellen mit flüssigem Kern

Jenaer Forschern ist es gelungen breitbandiges Laserlicht im mittleren Infrarotbereich mit Hilfe von flüssigkeitsgefüllten optischen Fasern zu erzeugen. Mit den Fasern lieferten sie zudem experimentelle Beweise für eine neue Dynamik von Solitonen – zeitlich und spektral stabile Lichtwellen – die aufgrund der besonderen Eigenschaften des Flüssigkerns entsteht. Die Ergebnisse der Arbeiten publizierte das Jenaer Wissenschaftler-Team vom Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT), dem Fraunhofer-Insitut für Angewandte Optik und Feinmechanik, der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Helmholtz-Insituts im renommierten Fachblatt Nature Communications.

Aus einem ultraschnellen intensiven Laserpuls, den sie in die Faser einkoppeln, erzeugen die Wissenschaftler ein, für das menschliche Auge nicht sichtbares,...

Im Focus: Flexible proximity sensor creates smart surfaces

Fraunhofer IPA has developed a proximity sensor made from silicone and carbon nanotubes (CNT) which detects objects and determines their position. The materials and printing process used mean that the sensor is extremely flexible, economical and can be used for large surfaces. Industry and research partners can use and further develop this innovation straight away.

At first glance, the proximity sensor appears to be nothing special: a thin, elastic layer of silicone onto which black square surfaces are printed, but these...

Im Focus: 3-D scanning with water

3-D shape acquisition using water displacement as the shape sensor for the reconstruction of complex objects

A global team of computer scientists and engineers have developed an innovative technique that more completely reconstructs challenging 3D objects. An ancient...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

2. Spitzentreffen »Industrie 4.0 live«

25.07.2017 | Veranstaltungen

Gipfeltreffen der String-Mathematik: Internationale Konferenz StringMath 2017

24.07.2017 | Veranstaltungen

Von atmosphärischen Teilchen bis hin zu Polymeren aus nachwachsenden Rohstoffen

24.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

IT-Experten entdecken Chancen für den Channel-Markt

25.07.2017 | Unternehmensmeldung

Erst hot dann Schrott! – Elektronik-Überhitzung effektiv vorbeugen

25.07.2017 | Seminare Workshops

Dichtes Gefäßnetz reguliert Bildung von Thrombozyten im Knochenmark

25.07.2017 | Biowissenschaften Chemie