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Research


Fakultät für Biologie und Vorklinische Medizin
Institut für Zoologie
Lehrstuhl für Entwicklungsbiologie
Research

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Einleitung

Das menschliche Gehirn ist wohl eines der faszinierendsten Komplexe auf dieser Welt. Wer möchte nicht verstehen wie es funktioniert? Leider ist es mit Milliarden von Neuronen gleichzeitig eines der komplexesten Organe, über welches nur in rudimentären Ansätzen Funktionsprinzipien bekannt sind.

Doch wie soll man ein so kompliziertes Organ angehen? Man sucht sich das einfachste Modell dazu.

 




Modell

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Drosophila melanogaster ist einer der beliebtesten Modellorganismen für viele Fragestellungen in der Biologie. Mit den vielseitigen Möglichkeiten der Genetik, der Molekulargenetik und der Herstellung transgener Tiere spielt Drosophila eine herausragende Rolle unter den Modellorganismen. Es ist das komplexeste Tier, von dem die komplette genetische Information bekannt ist.

Es besitzt ein kleines, aber trotzdem kompliziertes Gehirn, welches vielschichtige und überraschende Fähigkeiten aufweist. Wie können wir das Gehirn verstehen lernen? Die Arbeitsgruppen am Lehrstuhl befassen sich dabei auf drei Ebenen mit dem Gehirn

 
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Entwicklung

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Ein so komplexes Gebilde wie das Gehirn ist nur dann zu verstehen, wenn man weiss, wie es gebaut wird. Dazu untersuchen wir die Grundlagen der genetischen Steuerung der Entwicklung des Gehirns. Welche Gene steuern die Entwicklung des Gehirns und wie tun sie es? Damit wir uns nicht in der Komplexität der Verschaltungen verlieren suchen wir uns ein möglichst einfaches Teilsystem heraus: das visuelle System mit seinen hochgeordneten Strukturen. Hier interessiert uns insbesondere die Frage, wie die Photorezeptoren mit dem Gehirn Verbindung aufnehmen, also die Weg- und Zielfindung der Axone. Die Kombination von Molekulargenetik, Genetik, Biochemie, Entwicklungsbiologie und Neurobiologie macht dieses System zu einem faszinierenden Untersuchungsobjekt.

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Struktur

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Das fertige Gehirn gleicht einem Wunder. Doch die zunehmende Überalterung der Gesellschaft zeigt, dass auch diesem Wunder Grenzen gesetzt sind. Das Gehirn ist nicht immer stabil und kann mit zunehmendem Alter abgebaut werden. Man spricht von neurodegenerativen Erkrankungen, in aller Munde ist z.B. die Alzheimersche Erkrankung. Doch was sind die Ursachen dieser Instabilität des Gehirns? Viele dieser Erkrankungen haben eine genetische Komponente.

Wir untersuchen deshalb in diesem Projekt in Drosophila nach Mutanten, bei denen ebenfalls aufgrund von genetischer Störungen das Gehirn mit zunehmendem Alter abgebaut wird, und davon gibt es eine ganze Menge. Die molekulare und genetische Analyse dieser Mutanten und der betroffenen Gene gibt uns Hinweise auf die Mechanismen, die zur Stabilität des Gehirns beitragen.


 



Funktion

 

Alle Untersuchungen nutzen nichts, wenn man sich nicht auch mit der Funktion des Gehirns befasst. Drosophila zeigt komplexe Verhaltensmuster wie Lernen und Gedächtnis, Balz, und circadiane Rhythmik. Die Fliegen sind genau wie wir selbst einer inneren Uhr unterworfen, die uns kontinuierlich an die Tageszeit erinnert, unsere Aktivität steuert (Schlaf-Wachrhythmus) und sich nicht leicht überlisten lässt (z. B. Jetlag bei langen Flügen). Doch wie funktioniert diese Innere Uhr?

Auch hier bietet uns Drosophila ein ausgezeichnetes Modell an. Seit über zwanzig Jahren gibt es Drosophila-Mutanten, die eine gestörte Rhythmik zeigen und wen wundert's, es sind die gleichen Gene, die die Uhren der Fliegen und unsere eigenen inneren Uhren steuern. Zwei Arbeitsgruppen befassen sich am Lehrstuhl mit der Frage nach der genetischen Steuerung der inneren Uhr bei Drosophila und mit den Gehirnregionen die daran beteiligt sind.

 
   


Interdisziplinarität

 

Untersuchungen an Modellorganismen machen vor allem dann Sinn, wenn die Ergebnisse auf komplexere Lebewesen übertragen werden können. Zum Glück für uns gilt dies für fast alle Gebiete der Drosophila Biologie. Da wir jedoch mit einigen unserer Arbeiten Neuland betreten, müssen die Ergebnisse interdisziplinär auch in anderen Modellorganismen bis zum Menschen hin untersucht werden. Damit dies auch geschieht,wurde 1997 die interdisziplinäre Forschergruppe gegründet, die unsere Arbeitsgruppe mit dem Institut für Pathologie, dem Institut für Neurologie und der Pathologie der Uni Aachen verbindet. Das Thema dieser Forschergruppe lautet: Genetische und molekulare Modelle zur Pathophysiologie des Zelltodes in neuronalen Systemen. Man könnte auch sagen: Von Fliegen über die Maus zum Menschen.

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