Arbeitsgruppe Prof. Dr. med. Thomas Deller

Nervenzellen sind dazu in der Lage, ihre Struktur und Funktion an unterschiedliche neuronale Aktivität anzupassen. Diese Fähigkeit zur Anpassung wird unter dem Begriff "neuronale Plastizität" zusammengefasst und gilt als zelluläre Grundlage von "Lernen und Gedächtnis". Neuronale Plastizität ist somit die entscheidende Eigenschaft des Nervensystems, die es einem Organismus erlaubt, sich an die Umwelt anzupassen.

Auch im Fall einer Schädigung des zentralen Nervensystems (ZNS) ist die neuronale Plastizität von großer Bedeutung. So können überlebende Nervenzellen ihre Verbindungen verändern, um einen Teil der schädigungsbedingten Ausfälle zu kompensieren. Auch wenn die Fähigkeit des Gehirns zur "Selbstheilung" sehr begrenzt ist und von der Größe der Schädigung und dem Alter abhängt, versucht man diese Kompensationsmechanismen im Rahmen der neurologischen Rehabilitation gezielt zu stärken. Neurologische Restfunktionen werden "geübt" und damit die neuronale Reorganisation des geschädigten Gehirns unterstützt. Patienten können auf diese Weise neue Bewegungsmuster "erlernen" und Funktionsverluste teilweise ausgleichen.

Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit den molekularen Grundlagen neuronaler Plastizität von Nervenzellen im ZNS unter physiologischen (Lernen) und pathologischen (Schädigungen, Modelle von neurologischen Krankheiten) Bedingungen. Die zeitlichen Abläufe (Dynamik) der neuronalen Plastizität werden an lebenden Nervenzellen mit Hilfe spezieller Mikroskope (konfokales Mikroskop, Multiphotonen-Mikroskop) untersucht und ihre molekulare Regulation aufgeklärt. Die Untersuchungen werden überwiegend am Hippocampus durchgeführt, einer Hirnregion, die für Lern- und Gedächtnisprozesse von großer Bedeutung ist. Die Arbeitsgruppe setzt eine breite Palette an morphologischen (Immunfärbung, Tracing, 3D-Rekonstruktionen von Nervenzellen, konfokale Mikroskopie, Multiphotonen-Mikroskopie), zell- und molekularbiologischen (organotypische Schnittkulturen, RNAi, virale Transduktion, in situ Hybridisierung, FISH) und neurophysiologischen (LTP, extrazelluläre Ableitungen) Techniken im Rahmen ihrer Untersuchungen ein.

Zentrale wissenschaftliche Fragen der Arbeitsgruppe sind:

1. Wie lernen Nervenzellen?

Welche strukturellen Veränderungen treten bei unterschiedlichen Aktivitätszuständen von Nervenzellen auf? Welche Moleküle des Zellskeletts regulieren diese Prozesse? Welche Bedeutung haben in diesem Zusammenhang intrazelluläre Kalzium-Speicher?

Deller T, Korte M, Chabanis S, Drakew A, Schwegler H, Stefani GG, Zuniga A, Schwarz K, Bonhoeffer T, Zeller R, Frotscher M, Mundel P (2003) Synaptopodin-deficient mice lack a spine apparatus and show deficits in synaptic plasticity. Proc Natl Acad Sci USA 100:10494-10499.

Deller T, Bas Orth C, Del Turco D, VlachosA, BurbachGJ, DrakewA, Chabanis S, Korte M, Schwegler H, Haas CA, Frotscher M (2006) A role for synaptopodin and the spine apparatus in hippocampal synaptic plasticity. Ann Anat 189:5-16.

2. Wie wird das Gehirn nach einer Schädigung reorganisiert?

Wie werden Reorganisationsprozesse nach einer Deafferenzierung ausgelöst? Welche Bedeutung hat die Reorganisation von Axonen (Axonsprossung) und Dendriten für die Funktion? Kann therapeutisch eingegriffen werden (Neuroprotektion, Neuroregeneration)?

Deller T, Frotscher M (1997) Lesion-induced plasticity of central neurons: Sprouting of single fibers in the rat hippocampus after unilateral entorhinal lesion. Progr Neurobiol 53:687-727.

Del Turco D, Woods AG, Gebhardt C, Phinney AL, Jucker M, Frotscher M, Deller T (2003) Commissural sprouting in mouse fascia dentata after unilateral entorhinal cortex lesion. Hippocampus 13:685-699.

Deller T, Bas Orth C, Vlachos A, Merten T, Del Turco D, Dehn D, Mundel P, Frotscher M (2006) Plasticity of synaptopodin and the spine apparatus organelle in the rat fascia dentata following entorhinal cortex lesion. J Comp Neurol 499:471-484.

3. Welche Rolle spielen diese Vorgänge im Rahmen neurologischer Krankheiten?

Kommt es zur Reorganisation des Gehirns bei neurologischen Krankheiten (Krankheitsmodelle; Krankheiten des Menschen)? Welche funktionelle Bedeutung haben diese Prozesse bei Mb. Parkinson, Heredoataxien, Mb. Alzheimer? Können neuroprotektive und neuroregenerative Strategien (siehe 2.) zur Therapie genutzt werden?

Burbach GJ, Hellweg R, Haas CA, Del Turco D, Deicke U, Abramowski D, Jucker M, Staufenbiel M, Deller T (2004) Induction of brain-derived neurotrophic factor (BDNF) in plaque-associated glial cells of aged APP23 transgenic mice. J Neurosci 24:2421-2430.

Valente EM, Abou-Sleiman PM, Caputo V, Muqit MMK, Harvey K, Gispert S, Ali Z, Del Turco D, Bentivoglio AR, Healy DG, Albanese A, Nussbaum R, González-Maldonado R, Deller T, Salvi S, Cortelli P, Gilks WP, Latchman DS, Harvey RJ, Dallapiccola B, Auburger G, Wood NW (2004) Hereditary early-onset Parkinson’s disease caused by mutations in PINK1. Science 304:1158-1160.

Custer SK, Garden GA, Gill N, Rüb U, Libby RT, Schultz C, Guyenet SJ, Deller T, Westrum LE, Sopher BL, La Spada AR (2006) Bergmann glia expression of polyglutamine-expanded ataxin-7 produces Purkinje cell degeneration in SCA7 by impairing glial glutamate transport. Nature Neuroscience 9:1302-1311.

Die Forschungsarbeiten der Arbeitsgruppe werden gefördert durch die:

• Deutsche Forschungsgemeinschaft (DE 551/8-1; DE 551/9-1, GH 12/1-3/4; JE 528/1-1; RU 1215/1-2)

• Alzheimer Forschung Initiative e.V. (AFI)

• Bernd Fink-Stiftung

• Fritz Riese-Stiftung

• Gisela Stadelmann-Stiftung

• German Israeli Foundation (GIF)

• Deutsche Heredoataxiegesellschaft (DHAG)

• ADAC Vereneging Nederland

Kooperationen

Prof. Dr. G. Auburger, Experimentelle Neurologie, Frankfurt/M
Prof. Dr. P. Caroni, FMI, Basel, Schweiz
Prof. Dr. J. Jen, UCLA, Los Angeles, USA
Prof. Dr. M. Jucker, Hertie-Institut für Hirnforschung, Tübingen
Prof. Dr. P. Mundel, Division of Nephrology, Mount Sinai School of Medicine, New York
Prof. Dr. J. Röper, Physiologisches Institut, Frankfurt/M
Prof. Dr. R. Sloviter, University of Arizona, Tucson, Arizona, USA
Dr. M. Staufenbiel, Novartis, Basel, Schweiz
PD Dr. M. Vuksic, Croatian Institute for Brain Research, Zagreb, Croatia

 

geändert am 03. Februar 2009  E-Mail: WebmasterK.Lang@em.uni-frankfurt.de

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