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 Haltbar und frisch - Neutronen zeigen Details des Prozesses der Gefriertrocknung
27.02.2020 | Technische Universität München

nachricht Wie Enzyme Zuckerbäume bauen
27.02.2020 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

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: Wissenschaftler beleuchten aktuellen Stand der Anwendung des Maschinenlernens bei Forschung an aktiven Materialien

Verfahren des Maschinenlernens haben durch die Verfügbarkeit von enormen Datenmengen in den vergangenen Jahren einen großen Zuwachs an Anwendungen in vielen Gebieten erfahren: vom Klassifizieren von Objekten, über die Analyse von Zeitreihen bis hin zur Kontrolle von Computerspielen und Fahrzeugen. In einem aktuellen Review in der Zeitschrift „Nature Machine Intelligence“ beleuchten Autoren der Universitäten Leipzig und Göteborg den aktuellen Stand der Anwendung und Anwendungsmöglichkeiten des Maschinenlernens im Bereich der Forschung an aktiven Materialien.

Als aktive Materialien bezeichnet man Systeme, die durch die Umwandlung von Energie angetrieben werden. Bestes Beispiel für aktive Materialien sind biologische...

Im Focus: Computersimulationen stellen bildlich dar, wie DNA erkannt wird, um Zellen in Stammzellen umzuwandeln

Forscher des Hubrecht-Instituts (KNAW - Niederlande) und des Max-Planck-Instituts in Münster haben entdeckt, wie ein essentielles Protein bei der Umwandlung von normalen adulten humanen Zellen in Stammzellen zur Aktivierung der genomischen DNA beiträgt. Ihre Ergebnisse werden im „Biophysical Journal“ veröffentlicht.

Die Identität einer Zelle wird dadurch bestimmt, ob die DNA zu einem beliebigen Zeitpunkt „gelesen“ oder „nicht gelesen“ wird. Die Signalisierung in der Zelle,...

Im Focus: Bayreuther Hochdruck-Forscher entdecken vielversprechendes Material für Informationstechnologien

Forscher der Universität Bayreuth haben ein ungewöhnliches Material entdeckt: Bei einer Abkühlung auf zwei Grad Celsius ändern sich seine Kristallstruktur und seine elektronischen Eigenschaften abrupt und signifikant. In diesem neuen Zustand lassen sich die Abstände zwischen Eisenatomen mithilfe von Lichtstrahlen gezielt verändern. Daraus ergeben sich hochinteressante Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Informationstechnologien. In der Zeitschrift „Angewandte Chemie – International Edition“ stellen die Wissenschaftler ihre Entdeckung vor. Die neuen Erkenntnisse sind aus einer engen Zusammenarbeit mit Partnereinrichtungen in Augsburg, Dresden, Hamburg und Moskau hervorgegangen.

Bei dem ungewöhnlichen Material handelt es sich um ein Eisenoxid mit der Zusammensetzung Fe₅O₆. In einem Hochdrucklabor des Bayerischen Geoinstituts (BGI),...

Im Focus: Von China an den Südpol: Mit vereinten Kräften dem Rätsel der Neutrinomassen auf der Spur

Studie von Mainzer Physikern zeigt: Experimente der nächsten Generation versprechen Antworten auf eine der aktuellsten Fragen der Neutrinophysik

Eine der spannendsten Herausforderungen der modernen Physik ist die Ordnung oder Hierarchie der Neutrinomassen. Eine aktuelle Studie, an der Physiker des...

Im Focus: High-pressure scientists in Bayreuth discover promising material for information technology

Researchers at the University of Bayreuth have discovered an unusual material: When cooled down to two degrees Celsius, its crystal structure and electronic properties change abruptly and significantly. In this new state, the distances between iron atoms can be tailored with the help of light beams. This opens up intriguing possibilities for application in the field of information technology. The scientists have presented their discovery in the journal "Angewandte Chemie - International Edition". The new findings are the result of close cooperation with partnering facilities in Augsburg, Dresden, Hamburg, and Moscow.

The material is an unusual form of iron oxide with the formula Fe₅O₆. The researchers produced it at a pressure of 15 gigapascals in a high-pressure laboratory...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

CLIMATE2020 – Weltweite Online-Klimakonferenz vom 23. bis 30. März 2020

26.02.2020 | Veranstaltungen

Automatisierung im Dienst des Menschen

25.02.2020 | Veranstaltungen

Genomforschung für den Artenschutz - Internationale Fachtagung in Frankfurt

25.02.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Bonner Mediziner etablieren weltweit neues, leicht tragbares Ultraschallsystem aus den USA für die Lehre am Krankenbett

27.02.2020 | Medizintechnik

Gegen multiresistente Tuberkulose-Erreger: Mit künstlicher Intelligenz neuen Wirkstoffkombinationen auf der Spur

27.02.2020 | Medizin Gesundheit

Mikro-Überlebenskünstler: Archaeen bewältigen biologische Methanisierung trotz Asche und Teer

27.02.2020 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics