Gehirnzellen auf Knopfdruck deaktivierbar
Experten aus den USA versprechen neue Behandlungsansätze für neurologische Erkrankungen
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Neuron: Gentechnisch veränderte Proteine leuchten hell auf (Foto: Don Arnold, dornsife.usc.edu) |
Los Angeles (pte017/14.05.2025/10:30)
Forscher des USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences haben ein leistungsstarkes neues Verfahren zur selektiven und reversiblen Unterbrechung von Verbindungen zwischen Gehirnzellen entwickelt. Dies könnte die Erforschung von Gehirnprozessen und eines Tages auch die Behandlung von neurologischen Erkrankungen wie Epilepsie, Suchterkrankungen und posttraumatischen Belastungsstörungen grundlegend verändern.
Molekulare Genauigkeit
Die aktuelle Studie stellt gentechnisch veränderte Tools vor, die es ermöglichen, entweder erregende oder hemmende Synapsen mit molekularer Genauigkeit zu entfernen. Entscheidend dabei ist, dass sich dieses Verfahren nur auf die angepeilten Synapsen auswirkt und der Rest des Neurons dabei intakt bleibt. Laut Forschungsleiter Don Arnold ist dieser Grad der Spezifität erstmals in den Neurowissenschaften erreicht worden.
Die Möglichkeit, selektiv Teile des neuronalen Netzwerks zu zerlegen und ihnen dann ein erneutes Wachstum zu ermöglichen, eröffnet ein neues Verständnis davon, wie Mikroschaltkreise im Gehirn Wahrnehmung, Verhalten und Gedächtnis steuern. Die Forscher haben dafür zwei molekulare Werkzeuge entwickelt. Eines zielt auf die erregenden und das andere auf die hemmenden Synapsen ab. Sie beruhen auf dem gehirneigenen System zum Recycling von Proteinen.
E3-Enzyme entscheidend
Das Verfahren bezieht sogenannte E3-Enzyme ein. Diese helfen normalerweise dabei, beschädigte Proteine zu entsorgen, indem sie diese mit dem Molekül Ubiquitin markieren. Einmal markiert, werden sie zum Proteasom geschickt. Diese zelluläre Struktur bezeichnet Arnold als "Miniatur-Holzhäcksler", um dort abgebaut und einem neuen Zweck zugeführt zu werden. Seine Forschungsergebnisse sind im Fachmagazin "eLife" nachzulesen.
Für die Erhebung haben die Forscher die E3-Enzyme mit Antikörpern ähnlichen Proteinen gekoppelt, die sich an spezifische synaptische Gerüstproteine anbinden. So entsteht ein maßgeschneidertes Werkzeug, das das Müllentsorgungssystem des Gehirns dazu bringt, entscheidende Komponenten entweder von erregenden oder hemmenden Synapsen zu entfernen. Das ist auch bei gesunden Synapsen möglich. Ohne ihr molekulares Gerüst fallen die Synapsen auseinander und die Nervenzelle kann kein Signal mehr an das nächste Neuron weitergeben.
Arnold nennt die Tools als "PFE3" und "GFE3". Er hat zwei Versionen von GFE3 entwickelt, die sich auf Abruf aktivieren lassen. paGFE3 wird mit Licht aktiviert und chGFE3 durch ein chemisches Signal. Entscheidend ist, dass diese Folgen reversibel sind. Wird die Expression der Tools deaktiviert, wachsen die verlorenen Synapsen binnen Tagen wieder nach. So kann eine Verbindung entfernt, das Ergebnis beobachtet, die Verbindung wiederhergestellt und die Gesundung beobachtet werden.
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