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Arbeitsgruppe „Molekulare Mechanismen des Verhaltens“ (Prof. Lutz)

Wir möchten verstehen, wie wir lernen und vergessen, wie wir Ängstlichkeit und Stress erfolgreich bewältigen können („Stress-Resilienz“), warum chronischer Stress unser Verhalten stark verändern kann (z.B. bezüglich Gedächtnis, Sozialverhalten, Schmerzempfindung, Essverhalten, Energiestoffwechsel). Diese Verhaltensweisen werden wesentlich durch das Gehirn gesteuert, aber auch durch neuronale und hormonelle Interaktionen zwischen Gehirn und peripheren Organen. Verhaltensweisen können auch während der Entwicklung des Nervensystems oder durch metabolische Prozesse geprägt werden. Unter pathophysiologischen Zuständen werden Veränderungen des Verhaltens und von zellulären Prozessen beobachtet. Diese Veränderungen können unter Umständen zu psychiatrischen oder neurologischen Erkrankungen führen. Das vertiefte Verständnis dieser neurobiologischen Prozesse soll helfen, solche Erkrankungen besser zu therapieren, oder sogar im Ansatz verhindern zu können. Wir verwenden einen multidisziplinären Ansatz, um neue Einblicke in diese komplexen Vorgänge des Verhaltens zu erlangen, und schließen genetische, pharmakologische, biochemischen, molekularbiologische, zellbiologische, histologische und elektrophysiologische Methoden im Modellsystem Maus ein.

Wirkung von Endocannabinoiden
Abb. 1: Wirkung von Endocannabinoiden (links) und THC (rechts) auf den Cannabinoid CB1-Rezeptor.

Welches sind die Funktionen des Endocannabinoid-Systems? Wie wirkt THC?

Die Entdeckung von körpereigenen Bindungsproteinen (den Cannabinoid-Rezeptoren) für das aus Cannabis sativa stammende Δ9-Tetrahydrocannabinol (THC) ermöglichte die Identifizierung von körpereigenen Cannabinoiden (Endocannabinoiden). Die Endocannabinoide sind fettartige Stoffe, welche im Körper die Kommunikation zwischen Zellen und innerhalb der Zelle bewerkstelligen können. Ein zentrales Forschungsthema behandelt die verschiedenen physiologischen Funktionen dieses sogenannten Endocannabinoid-Systems. Dieses kürzlich beschriebene Regulationssystem scheint für die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts im Körper ("Homöostase") wichtig zu sein. Ebenfalls spielt das System eine wichtige Rolle, um dem Organismus aktiv zu einer Widerstandsfähigkeit bei Stress und starker Beanspruchung zu verhelfen („Stress-Resilienz“).

Wir untersuchen dieses körpereigene Regulationssystem

  • in der Verarbeitung von furchterregenden Gedächtnisinhalten, Angst und Stress,
  • in der Regulation des Essverhaltens und Energiestoffwechsels,
  • in Bezug eines Schutzmechanismus gegen chronischen Stress,
  • in der Beeinflussung der Wirkung von chronischem Stress auf die Schmerzempfindung,
  • in der Regulation der Proliferation, Migration und Differenzierung von neuronalen Vorläuferzellen im Embryo und im Gehirn des adulten Tieres,
  • in der Signalübertragung am Cannabinoid Typ 1-Rezeptor, und
  • in der Kontrolle der Erregbarkeit von neuronalen Netzwerken.

Pharmakologische Manipulationen, welche die Aktivität des Endocannabinoid-Systems beeinflussen, sollen den möglichen therapeutischen Nutzen in den oben genannten Verhaltensweisen ergründen. Ebenfalls untersuchen wir, wie THC zelluläre Prozesse in der Entwicklung und im Erwachsenen verändern kann, und dadurch auf Verhaltensweisen einwirkt.

Epigenetische Veränderungen und die Regulation des Verhaltens

Wir untersuchen, wie die Umwelt die Verhaltensweisen beeinflussen kann. Bezüglich Angst- oder Stressbewältigung („Stress-Resilienz“), Gedächtnisbildung oder Energiemetabolismus geben genetische Programme die generellen Verhaltensreaktionen vor, welche jedoch durch die individuelle Lebensgeschichte beeinflusst werden. Hierbei spielen kovalente Veränderungen der DNA (z.B. Methylierung) und des Chromatins mit den Histonen (z.B. Acetylierungen) eine wichtige Rolle. Wir untersuchen deshalb epigenetische Veränderungen von Genen, welche Verhaltensweisen regulieren, z.B. Gene des Endocannabinoid-Systems, und von Genen, welche epigenetische Prozesse katalysieren.

Entwicklung des Nervensystems, Stammzellen, Stammzelltherapie

Zahlreiche Signalwege im Nervensystem sind sowohl im Embryo wie auch im Erwachsenenalter aktiv, z.B. auch das Endocannabinoid-System und Neurotrophine (u.a., BDNF, brain derived neurotrophic factor). Ein Teilaspekt unserer Forschung beschäftigt sich mit der funktionellen Interaktion beider Signalsysteme während der Neubildung von Neuronen im adulten Säugerhirn. Zudem führen wir Transplantationen mit embryonal derivierten Stammzellen durch, um bei neuropsychiatrischen / neurodegenerativen Fehlfunktionen, z.B. bei Morbus Huntington, oder Rückenmarkschädigungen, therapeutische Maßnahmen zu etablieren.

Zentrale Einrichtung Lipidomik

Ziel der Lipidomik-Einrichtung ist es, die Dynamik von Membranlipiden und bioaktiven Lipiden, inkl. Endocannabinoiden und verwandten Lipiden, in biologischen Prozessen, durch Anwendung modernster Techniken der Massenspektrometrie, zu untersuchen. Solche Lipid-Signaturen sollen in verschiedenen physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen charakterisiert werden, um schließlich Erkrankungen verstehen zu lernen.

Lipidomik
Abb. 2: Schematische Darstellung der Identifizierung und Quantifizierung von Endocannabinoiden und verwandten Lipiden.

Die Lipidomik-Gruppe arbeitet eng mit Wissenschaftlern innerhalb der Universitätsmedizin Mainz, dem FTN, dem IMB, sowohl als auch regionalen und internationalen medizinischen und akademischen Zentren zusammen. Als FTN-Plattform LiPiD  bietet die Gruppe darüber hinaus auch einen Service zur quantitativen Bestimmung von Endocannabinoiden sowie anderen bioaktiven Lipiden gegen ein Basis-Entgelt an. Die Einrichtung ist mit einem modernen LC-MS System ausgestattet, sowie mit den nötigen Utensilien und den geeigneten Computerprogrammen für eine Hochdurchsatz-Analyse.

Für Informationen bezüglich einer Kollaboration oder bei Interesse an Lipid-Messungen kontaktieren Sie bitte Frau Dr. Laura Bindila ( email, Telefon: +49 6131 39 25794).