Forschungszusammenfassung
Unser langfristiges Ziel ist es, die grundlegenden Mechanismen des Verhaltens zu verstehen. Wir untersuchen die Gene und Proteine, die Synapsen steuern – die Verbindungen zwischen Nervenzellen. Multiprotein-Maschinen, die viele verschiedene Synapsenproteine umfassen, sind für angeborenes und erlerntes Verhalten verantwortlich, und ihre Funktionsstörung liegt vielen Gehirnerkrankungen und neurologischen Erkrankungen zugrunde, einschließlich Alzheimer-Krankheit, Schizophrenie, Autismus, Depression, Sucht und geistiger Behinderung. Diese Mechanismen sind zwischen Mäusen und Menschen konserviert und eröffnen neue Wege für Diagnose und therapeutische Entdeckungen.
Aktuelle Forschungsinteressen
Unsere aktuelle Forschung konzentriert sich auf die Aufdeckung des Umfangs und der funktionellen Auswirkungen der Synapsenvielfalt im gesamten Gehirn. Wir haben Methoden zur gehirnweiten Kartierung der Proteinzusammensetzung bei Einzelsynapsenauflösung entwickelt. Diese Synaptomkarten, die die molekularen und morphologischen Merkmale einer Milliarde Synapsen aufdecken, haben eine beispiellose raumzeitliche Synapsenvielfalt aufgedeckt, die in einer Architektur organisiert ist, die mit den strukturellen und funktionellen Konnektomen korreliert. Wir haben charakterisiert, wie sich die Synaptomarchitektur des Gehirns im Laufe der Lebensspanne verändert, mit Phasen schneller Expansion, gefolgt von einem langsamen Rückgang des Alters, der über das natürliche Altern und die Anfälligkeit für Krankheiten informieren kann. Wichtig ist, dass wir gezeigt haben, dass Mutationen, die kognitive Störungen wie Autismus verursachen, Synaptomkarten reorganisieren.
Diese neuen Erkenntnisse zur Synapsenvielfalt haben wichtige Auswirkungen auf die Gehirnfunktion in Bezug auf Lernen und Gedächtnis und führen zu neuen Modellen, wie Informationen gespeichert und abgerufen werden. Wir untersuchen nun die Dynamik des Synaptoms – inwieweit sich Synapsen kurzfristig verändern, während der täglichen Schlafzyklen, und wie schnell Synapsenproteine ersetzt werden; und längerfristig, wie sensorische Inputs aus der Umwelt und aktivitätsabhängiges Verhalten die Synaptomentwicklung beeinflussen. Wir erschließen auch die Komplexität des Gehirns, indem wir die Synapsenvielfalt in der Grundeinheit des Gehirns – dem einzelnen Neuron – charakterisieren. Eine große Anstrengung besteht darin, unser Labor, unsere Bildanalyse und unsere Computerwerkzeuge zur direkten Untersuchung des menschlichen Gehirns weiterzuentwickeln und die fortschreitenden Auswirkungen von Funktionsstörungen wie der Alzheimer-Krankheit auf das Synaptom aufzudecken. Synaptom-Mapping hat auch das Potenzial, klinische Techniken zu ergänzen und aufzudecken, was diagnostische Bildgebungsansätze wie PET über Schäden am Synaptom aussagen. Ein zentrales Ziel ist es, all diese Synaptomdaten in bestehende große internationale Hirndatenressourcen zu integrieren, um ihren Nutzen für die Gesundheitsforschung zu maximieren.
Mitglieder der Forschungsgruppe
- Noboru Komiyama: Dozent
- Emma Sigfridsson: Laborleiterin
- Zhen (Ricky) Qiu : Bildanalyseentwickler
- Ragini Gokhale: Informatikingenieurin
- Edita Bulovaite: Doktorandin
- Dimitra Koukaroundi: Doktorandin
- Hanan Woods: Doktorandin
- Gabor Varga: Wissenschaftliche Mitarbeiterin
- Bev Notman: Wissenschaftliche Mitarbeiterin
- Theresa Wong: Wissenschaftliche Mitarbeiterin