SynGluCross - Quantitative und biophysikalische Analyse des Übersprechens (Crosstalk) an glutamatergen Synapsen - Teilprojekt Bonn

Chemische Synapsen sind für die normale Funktion des Gehirns von essenzieller Bedeutung. Neue Erkenntnisse deuten darauf hin, dass die Übertragung an glutamatergen Synapsen ein räumlich-zeitliches Phänomen ist, bei dem das präsynaptisch freigesetzte Glutamat häufig nicht nur von seinem direkten postsynaptischen Partner, sondern auch von benachbarten Synapsen wahrgenommen wird. Die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen eines solchen synaptischen Übersprechens bzw. Crosstalks sind jedoch nach wie vor kaum verstanden. Das beantragte Gesamtprojekt kombiniert experimentelle Ansätze mit Computersimulationen und basiert auf der engen Kollaboration und komplementären Expertise der beteiligten Partner, um diese Fragen zu beantworten. Haupthypothese ist, dass Astrozyten eine entscheidende Rolle bei der Ausbreitung von Glutamat im extrazellulären Raum (ECS) und somit beim Crosstalk zwischen Synapsen spielen. Es wird postuliert, dass 1) die astrozytäre Glutamataufnahme dynamisch durch Veränderungen der astrozytären Na+-Konzentration reguliert wird, 2) der unterschiedliche Grad der Umhüllung von Synapsen mit Astrozytenausläufern signifikante Unterschiede in der räumlich-zeitlichen Dynamik von Glutamat und damit dem Crosstalk zwischen Synapsen bedingt und 3) die Struktur der Ausläufer durch neuronale Aktivität dynamisch verändert wird, wodurch die Glutamatausbreitung und folglich auch neuronale Kommunikation verändert werden. Die vorgeschlagenen Forschungsarbeiten werden ein neues, umfassendes Verständnis der molekularen und zellulären Mechanismen des synaptischen Crosstalks generieren und somit neue Einblicke in die Funktion von Synapsen und die Rolle von Astrozyten bei der synaptischen Übertragung im gesunden Gehirn geben. Darüber hinaus wird dieses Projekt auch wichtige neue Erkenntnisse über die Mechanismen der Schädigung von Neuronen bei neurodegenerativen Erkrankungen liefern, da diese mit einer veränderten extrazellulären Glutamat-Dynamik in Verbindung gebracht werden.