Arbeitsgruppe Prof. Gottmann
Die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Kurt Gottmann widmet sich zum Einen grundlegenden Fragestellungen zu molekularen Mechanismen der Bildung, Stabilisierung und Plastizität von zentralen Synapsen in cortikalen Neuronennetzwerken. Es steht hier vor allem das Verständnis der Funktion synaptischer Zelladhäsionsmoleküle wie Cadherine und Neuroligine/Neurexine im Vordergrund des Interesses. Parallel dazu wird in einem, an Erkrankungen des Nervensystems orientierten Forschungsansatz, die Bedeutung von synaptischen Zelladhäsionsmolekülen für neurodegenerative Erkrankungen, bei denen eine pathologische Destabilisierung und schließlich ein Verlust von Synapsen auftritt (z.B. Alzheimer Erkrankung), untersucht.
Die Analyse der normalen Funktion von N-Cadherin und Neuroligin/Neurexin mit Hilfe moderner molekularbiologischer (knockout Mäuse, in vitro Differenzierung von knockout ES Zellen der Maus) und zellbiologischer (Fluoreszenzimaging einzelner Synapsen, patch-clamp Ableitungen) Ansätze ergab eine zentrale Rolle dieser Moleküle nicht nur während der Synaptogenese, sondern auch in der transsynaptischen Modulation des synaptischen Vesikelzykluses an ausgereiften Synapsen. Vor allem eine essentielle Bedeutung des Zusammenwirkens verschiedener molekularer Zelladhäsionssysteme konnte gezeigt werden. Die Rolle synaptischer Zelladhäsionsmoleküle für Destabilisierungsprozesse von Synapsen im Verlauf neurologischer Erkrankungen wie z.B. bei der Alzheimer Demenz ist noch weitgehend ungeklärt. Diese Prozesse werden ebenfalls mittels moderner molekular- und zellbiologischer Methoden analysiert. Dazu werden auch, aus induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS Zellen) in vitro differenzierte, humane Neurone in Zellkultur verwendet.
Research:
Topics:
- Synapse formation in neocortical networks
- Long-term synaptic plasticity during development of the neocortex (“silent” synapses)
- Role of spontaneous activity and BDNF during network formation
- Functional role of synaptic adhesion molecules
- Functional synaptic integration of stem cell-derived neurons in neocortical networks
Methods:
Cell Culture:
- primary culture of neocortical neurons
- in vitro differentiation of ES cells to neurons
- small networks in microisland cultures
- brainslice culture
Electrophysiology:
- patch-clamp recordings in small networks (microisland cultures: paired recordings)
- patch-clamp recordings in brain slices / slice cultures with infrared-videomicroscopy
Imaging:
- time-lapse observations of fluorescent synaptic proteins in living cells
Molecular Biology:
- expression of EGFP-fusionproteins after transfection of plasmids
- analysis of genetically modified (knock-out) cells
Team: