Das menschliche Gehirn besteht aus Milliarden von Zellen, die sich hauptsächlich aus zwei Zelltypen, Neuronen und Gliazellen, zusammensetzen. Neuronen sind dabei die Schlüsselspieler im Gehirn, da sie als Informationsübermittler Signale im gesamten Gehirn übertragen. Die Hauptkommunikationseinheit zwischen Neuronen ist dabei die Synapse. Dabei handelt es um eine zelluläre Struktur, durch die Informationen zwischen benachbarten Neuronen übertragen werden. Eine reibungslose Funktion von Neuronen und Synapsen ist allerdings ohne die Unterstützung von sogenannten Glia-Stützzellen wie zum Beispiel Astrozyten nicht möglich. Eine funktionierende Zusammenarbeit zwischen Neuronen, Synapsen und Astrozyten ist daher entscheidend für die Entwicklung des Zentralnervensystems sowie für die Funktion von Neuronen und Synapsen.

Ihr Zusammenspiel erfolgt unter anderem über Signalfaktoren, die hauptsächlich von Astrozyten, aber auch von Neuronen sekretiert werden. Eine Fehlfunktion von Astrozyten wird deshalb auch mit neurologischen Entwicklungsstörungen und neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer in Verbindung gebracht.

Das präsynaptische aktive Zone Protein Piccolo ist für uns von besonderem Interesse, da Mutationen in seinem Gen bei Patienten mit Pontozerebellärer Hypoplasie Typ 3 (PCH3), einer früh einsetzenden neurodegenerativen Erkrankung bei Kindern, gefunden wurden. PCH3 führt zu progressiver Atrophie von Teilen des Gehirns, insbesondere des Kleinhirns und des Hirnstamms. Dies führt zu Entwicklungsverzögerungen, motorischen Störungen und intellektuelle Beeinträchtigungen.

Bis heute verstehen wir nur sehr wenig darüber, wie der Verlust der Funktion eines Proteins an der Synapse wie Piccolo zu den vielfältigen Symptomen bei betroffenen Kindern führt.

Wir haben ein Piccolo-Knockout-Rattenmodell im Labor, das ein geeignetes Tiermodell zur Untersuchung von PCH3 darstellt, da es den meisten bei PCH3-Patienten beobachteten Symptomen ähnelt - kleineres Kleinhirn und Hirnstamm, motorische Störungen und epileptische Anfälle.

Interessanterweise deuten unsere aktuelle noch vorläufige Daten auf einen Zusammenhang zwischen der Funktion von Piccolo der Funktion von Astrozyten und neurodegenerativer Erkrankungen wie PCH3 hin.

Aus diesem Grund werden wir uns in Zukunft auf das Zusammenspiel zwischen Synapsen, Astrozyten und Piccolo sowie dessen Bedeutung für den Verlauf neurodegenerativer Erkrankungen wie PCH3 konzentrieren. Dazu werden wir Primärzellkulturen, modernste Mikroskopie- sowie Biochemiemethoden verwenden.

Zusätzlich werden wir werden ein humanes PCH3-Krankheitsmodell mithilfe von humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs) und CRISPR/Cas9-Geneditierung etablieren, um den Beitrag von Piccolo zu PCH3 in Zukunft besser zu verstehen.