Moleküle - Signale - Entwicklung

Die Forschung im Überblick

Unsere Forschung untersucht die allgemeinen Prinzipien und Funktionen der Zellkommunikation im sich entwickelnden und ausgereiften Nervensystem, sowie die molekularen Mechanismen der Neurodegeneration. Während der Entwicklung entsteht der Grundbauplan des Nervensystems durch gezielte Navigation von Nervenzellen (Neuronen) und ihrer Zellfortsätze (Axone und Dendriten) zu ihren Bestimmungsorten. Die Neuronen ertasten die Umgebung nach biochemischen Signalen, die entweder attraktiv (anziehend) oder abstoßend wirken. Die Funktionsweise dieser Signalmoleküle wird mit modernen genetischen Methoden im Mausmodell erforscht. Zur Zeit fokussieren wir uns auf die Entwicklung des Neokortex (Projekt "Zellkommunikation während der Gehirnentwicklung").

Neben der Entwicklung des Nervensystems interessiert uns auch, wie bestimmte Neuronentypen im adulten Gehirn miteinander kommunizieren und bestimmte Verhaltensmuster auslösen. Um dieser Frage nachzugehen, verwenden wir genetische Methoden, mit deren Hilfe wir neuronale Schaltkreise gezielt kontrollieren können, und zeichnen die Aktivitäten bestimmter Neuronen von sich frei bewegenden Tieren auf. Wir verwenden opto- und pharmakogenetische Methoden, um die Funktionen dieser Neuronen zu enthüllen, und zeichnen die zugrundeliegenden Schaltkreise auf. Durch diese Versuche lernen wir, wie das Gehirn auf der Ebene von genau definierten Zellpopulationen funktioniert. Zur Zeit fokussieren wir unsere Forschung auf Amygdala und Rückenmark (Projekt "Schaltkreisanalyse und Verhalten").

Im Rahmen eines ERC-geförderten Projektes studieren wir die molekularen Mechanismen der Neurodegeneration. Viele altersbedingte neurodegenerative Krankheiten zeichnen sich durch Ablagerungen von fehlerhaft gefalteten Eiweißen im Gehirn aus. Bei unseren aktuellen Arbeiten verwenden wir Mausmodelle menschlicher Krankheiten, vor allem der Huntington-Krankheit, um die schädliche Wirkung dieser Ablagerungen auf verschiedene Gruppen von Neuronen zu charakterisieren, und die Mechanismen zu verstehen, mit den die Zellen sich gegen diese fehlerhaft gefalteten Eiweiße zu schützen versuchen (Projekt "Molekulare Mechanismen der Neurodegeneration").

Projektgruppen

Zellkommunikation während der Gehirnentwicklung

Wir erforschen die molekularen Mechanismen der Faltung der Großhirnrinde, indem wir die Funktion der FLRT (Fibronectin-Leucin-rich-Transmembrane domain) Familie der Adhäsionsmoleküle untersuchen. Unsere Studien an mutanten Mäusen, deren FLRT1 und FLRT3 Gene inaktiviert wurden, zeigen kortikale Faltungen im sich entwickelnden Gehirn, ein anatomisches Merkmal von Primatengehirnen. Wir untersuchen auch das Ephrin-Eph Signalsystem, ein bidirektionales Zellkommunikationsmittel mit wichtigen Funktionen in physiologischen Prozessen, wie die Etablierung von Gewebegrenzen und Axonlenkung.

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Schaltkreisanalyse und Verhalten

Wir fokussieren unsere Analyse auf zwei Modelle: Amygdala-vermitteltes Fress- und Belohnungsverhalten und Netzwerke im Rückenmark, die motorische Leistungen mit sensorischer Verarbeitung integrieren. Wir verbinden Verhaltensanalysen an Mäusen, in denen spezifische Zellpopulationen manipuliert wurden, mit anatomischer Schaltkreisanalyse. Anatomische Verbindungen werden durch optogenetische und elektrophysiologische Untersuchungen validiert.

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Dudanova group

Molekulare Neurodegeneration

In Kooperation mit den Abteilungen von Ulrich Hartl, Matthias Mann und Wolfgang Baumeister (MPI für Biochemie) charakterisieren wir amyloid-ähnliche Proteinaggregate, die ein Merkmal mehrerer neurodegenerativen Erkrankungen darstellen. Um die Toxizitätsmechanismen der Proteinaggregate aufzudecken, untersuchen wir ihre Interaktionen mit anderen Proteinen in der Zelle. Mithilfe von zwei-Photonen-Mikroskopie in Mausmodellen für menschliche neurodegenerative Krankheiten erforschen wir die Wirkung der aggregierenden Proteine auf neuronale Aktivität. Darüber hinaus untersuchen wir die Effektivität der zellulären Abwehrsysteme in verschiedenen Stadien der Krankheit.