Thomas Südhof präsentiert seine Arbeit MDC

Nervensache: Nobelpreisträger Thomas Südhof spricht am MDC

Damit der Mensch denken, fühlen und handeln kann, verknüpfen Synapsen die Nervenzellen im Gehirn zu riesigen Netzwerken. Das Labor von Thomas Südhof untersucht unter anderem, wie die Knotenpunkte entstehen. Am MDC sprach er über die Rolle der Neuroligine – das Video zum Vortrag ist online abrufbar.

Verglichen mit dem menschlichen Gehirn sei das Genom relativ klein und simpel. „Außerdem besteht es aus meist monotonen Sequenzen“, sagt Thomas C. Südhof, Professor für Zellphysiologie an der Stanford University in Kalifornien. „Wir verstehen es trotzdem nicht. Und das wird noch eine ganze Weile so bleiben.“ Für das Gehirn gelte das erst recht.

Nobelpreisträger Thomas Südhof hielt am MDC einen Vortrag

In wenigen Stichworten skizziert der Nobelpreisträger zu Beginn der MDC-Lecture das Problem: 1012 Nervenzellen, deren Axone und Dendriten in dem 1500 Gramm schweren Organ riesige, sich überschneidende Netzwerke bilden. Verknüpft sind sie über 1019 Synapsen. Die Myriaden von Verbindungsstellen entstehen während des ganzen Lebens, sie organisieren sich, übernehmen spezielle Aufgaben und werden wieder beseitigt. „Synapsen sind für mich die fundamentalen Recheneinheiten des Gehirns“, sagt Südhof. Sie sind mehr als reine Vermittler für das „Gespräch“ der Zellen, sie verändern die eingehenden Informationen. Wie genau kann man bislang nicht einmal für einfache Netzwerke voraussagen.

Was steuert die Bildung der Synapsen?

„Wir würden gern wissen, welche zellbiologischen Mechanismen die Synapsen-Bildung steuern“, sagt Südhof. „Welche der vielen Moleküle tragen wirklich dazu bei und welche sind nur Zuschauer?“ Den etwa 200 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, die seinen Vortrag am MDC hören, präsentiert er Beispiele aus zwei Molekülfamilien: die bereits gut untersuchten Neuroligine und die noch unzureichend verstandenen Latrophiline.

Der Vortrag des Nobelpreisträgers Thomas Südhof am MDC

Die einzelnen Neuroligine verändern die Eigenschaften der Synapse – je nach Zelltyp, nach Ort im Nervenzell-Netzwerk oder Gehirnregion entstehen genau definierte Besonderheiten. „Ein Netzwerk braucht möglichst viele verschiedenartige Synapsen, um komplexe Informationen zu verarbeiten und sich immer wieder zu wandeln“, sagt Südhof. Latrophilin 2 dagegen war in Experimenten unverzichtbar, damit sich überhaupt Synapsen bildeten. Fehlte Mäusen das entsprechende Gen, überlebten sie es nicht.

Ein Mosaik aus Molekülen

Nobelpreisträger Thomas Südhof sprach am MDC vor einem vollen Hörsaal

Südhof vergleicht die Arbeit an den Synapsen mit der Analyse eines byzantinischen Mosaiks. In seiner Umgebung habe jeder Stein eine ganz bestimmte Funktion. Löst man einzelne Steine heraus, wirken sie dagegen nahezu identisch. Sie sind alle ungefähr gleich groß, auch wenn die Form variiert. Die Farben lassen sich in große Gruppen unterteilen. „Man braucht also den Kontext. Bei Synapsen ist das ähnlich“, sagt Südhof. Die molekularen Mechanismen könne man nur definieren, wenn man die anderen Moleküle ringsherum ebenfalls betrachte. „Sie kooperieren, binden an verschiedene Liganden und ergeben einen Signalweg.“

Entsteht bereits ein kohärentes Bild? Nein, sagt Südhof. „Aber wir hoffen, dass sich die Logik erschließt, wenn wir – ähnlich wie in der Krebsbiologie – intrazelluläre Signalwege identifizieren.“

Weiterführende Informationen

Webseite Arbeitsgruppe Thomas Südhof, Stanford