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Humboldt-Universität zu Berlin

Design and electrophysiological characterization of rhodopsin-based optogenetic tools

Die Dissertation von Franziska Schneider wurde mit dem Humboldt-Preis 2014 ausgezeichnet.

Laudatio

Die Dissertation von Franziska Schneider steht für das, was in der Biologie heute eine Promotion leisten kann. Frau Schneider hat in ihrer Arbeit neue Mutanten von Kanalrhodopsinen erstellt, die für neue Applikationen in der Optogenetik einsetzbar sind. Ergebnisse ihrer exzellenten und experimentell höchst anspruchsvollen Forschung wurden bereits in angesehenen Fachzeitschriften wie dem Biophysical Journal oder dem Journal of Biological Chemistry publiziert.

Zusammenfassung

In der Optogenetik werden genetische und optische Methoden so kombiniert, dass zelluläre Prozesse mit Licht verändert und beobachtet werden können. Beispielsweise können

Nervenzellen durch das Einbringen von Algen-Fotorezeptoren, den sogenannten Kanalrhodopsinen, licht-sensitiv gemacht werden. Die Lichtaktivierung der Nervenzellen kann nun verwendet werden, um die komplexen Wechselwirkungen der Nervenzellen im Gehirn zu verstehen, aber auch um den Ursachen verschiedener neuronaler Erkrankungen wie beispielsweise der Parkinson-Krankheit auf den Grund zu gehen.

Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich mit der Entwicklung und Charakterisierung neuer optogenetischer Werkzeuge für die spezifische Aktivierung von Nervenzellen. Durch gezielte Kombination verschiedener Fotorezeptoren wurden Kanalrhodopsine geschaffen, die mit weniger energiereichem gelben Licht angeregt werden können sowie Varianten, die besonders gut Calciumionen leiten. Die ausführliche Untersuchung der neuen Fotorezeptoren erweiterte zum einen das Verständnis des Wirkungsmechanismus der Kanalrhodopsine, zum anderen ermöglichen die Varianten neue optogenetische Experimente wie die gleichzeitige Aktivierung zweier Nervenzell-Populationen mit blauem und gelbem Licht. Des Weiteren wurde ein Werkzeug geschaffen, welches die lichtabhängige Ansäuerung von Vesikeln in Nervenendigungen, den Synapsen, bewirkt. Dieses Werkzeug ermöglicht die Untersuchung der Freisetzung der Vesikel in den synaptischen Spalt und stellt somit das erste optogenetische Werkzeug dar, welches die Untersuchung der Nervenzell-Kommunikation an den Synapsen erlaubt.