Quarterly Publication Award

Synaptische Lipidsignale bei psychischen Erkrankungen

Auszeichnung der Anatomischen Gesellschaft mit dem Quarterly Publication Award (QPA) III/2024 an Dr. Oliver Tüscher, Prof. Dr. Johannes Vogt und die an der Studie beteiligten Forschenden für ihre in Molecular Psychiatry veröffentlichte Publikation zur Regulation psychischer Störungen mit einem Enzymhemmer.

Die Studie beschreibt einen Zusammenhang zwischen synaptischen Lipidsignalen im Gehirn und psychischen Erkrankungen: Teams um Professor Dr. med. Johannes Vogt am Department of Molecular and Translational Neurosciences der Universität zu Köln und Professor Dr. med. Dr. phil. Robert Nitsch (equally contributing last author der Studie) am Institute of Translational Neuroscience der Universität Münster untersuchten die Rolle des Enzyms Autotaxin und dessen Gegenspieler, das Protein PRG-1, in der Regulierung des Gleichgewichts zwischen Erregung und Hemmung in den Gehirnen von Menschen und Mäusen. Sie konnten nachweisen, dass eine im Menschen identifizierte genetische Störung zur Erhöhung von bioaktiven körpereigenen Fetten im Gehirn führt, was ein Ungleichgewicht zwischen Erregung und Hemmung in Gehirnschaltkreisen zur Folge hat und beispielsweise Depression, Ängste und erhöhte Stressanfälligkeit begünstigt. Die Behandlung mit einem Enzymhemmer, der die Aktivierung der Fette unterbindet, kann das Gleichgewicht jedoch wiederherstellen und die Symptome lindern. Die Untersuchungen wurden im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 1451 „Schlüsselmechanismen normaler und krankheitsbedingt gestörter motorischer Kontrolle“ (Sprecher: Professor Dr. Gereon R. Fink, Universität zu Köln) durchgeführt.

A.B. Beispielhafte Bilder der EEG-Kohärenzanalyse im menschlichen entorhinal-hippocampalen Netzwerk sowie der invasiven in-vivo-Messungen und Synchronisationsanalysen im entorhinalen Kortex (EC) und im Hippocampus (HC) der Maus.
C. Humane PRG-1R345T/WT-Träger zeigten in der Kohärenzanalyse im Vergleich zu Kontrollpersonen eine signifikante Abnahme der Synchronisation im Theta-Bereich (4-8 Hz) bei gleichzeitiger Zunahme im Gamma-Bereich (30-100 Hz).
D. Die in-vivo-Analysen von WT- und Prg-1-/--Mäusen ergaben in der Kohärenzanalyse eine signifikant verringerte Synchronisation im Theta-Bereich (7-12 Hz) und eine erhöhte Synchronisation im Gamma Bereich (30-100 Hz).
E. Die Phasen-Amplituden-Kopplung (PAC, gelb codiert) bei der langsame Wellen im entorhinalen Kortex (EC-Theta) schnelle Wellen im Hippocampus steuern (HC-Gamma) gilt als eine Grundlage der Kommunikation im Gehirn. Kontrollpersonen (linker PAC-Plot) weisen hohe Kopplungswerte zwischen der Theta-Oszillation (5-8 Hz) im EC und der Gamma-Oszillation im Hippocampus (40-100 Hz). Der rechte PAC-Plot zeigt eine reduzierte Modulation der HC-Gamma-Leistung in einem PRG-1R345T/WT-Mutationsträger. 
F. Prg-1-defiziente Mäusen weisen vergleichbare Veränderungen wie menschliche PRG-1R345T/WT-Mutationsträger auf.
G. Die Inhibition von Autotaxin (ATX) in Prg-1-defizienten Mäusen normalisiert die  entorhinal-hippocampale Kohärenz und die PAC-Werte.

Prof. Vogt erklärt: „Die Publikation ist für uns ein Meilenstein, da zum ersten Mal parallel im Menschen und im Mausmodell gezeigt werden konnte, dass die in Mäusen erhobenen Daten in vergleichbarer Weise im Menschen erhoben werden können. Diese Tatsache ermöglicht uns, Mauslinien mit genetischen Veränderungen im synaptic lipid signaling als Modell für psychiatrische Erkrankungen zu verwenden und therapeutische Optionen in der Maus in einem translationalen Rahmen zu testen. Dementsprechend war die Datenerhebung sehr komplex.“

Das Forschungsprojekt unter der Leitung von Johannes Vogt und Robert Nitsch im Rahmen des SFB befasst sich mit dem Gleichgewicht zwischen Erregung und Hemmung im Gehirn und dessen Auswirkung auf die Motorik. Auch bei psychischen Störungen spielt dieses Gleichgewicht eine wichtige Rolle. Bei der Erregung bewirken neuronale Schaltkreise, dass Informationen weitergegeben werden und weitere Neuronen aktivieren, bei der Hemmung wird diese Informationsweitergabe unterbrochen.  

Tüscher O, Muthuraman M, Horstmann JP, Horta G, Radyushkin K, Baumgart J, Sigurdsson T, Endle H, Ji H, Kuhnhäuser P, Götz J, Kepser LJ, Lotze M, Grabe HJ, Völzke H, Leehr EJ, Meinert S, Opel N, Richers S, Stroh A, Daun S, Tittgemeyer M, Uphaus T, Steffen F, Zipp F, Groß J, Groppa S, Dannlowski U, Nitsch R, Vogt J. Altered cortical synaptic lipid signaling leads to intermediate phenotypes of mental disorders. Mol Psychiatry. 2024 Nov;29(11):3537-3552. doi: 10.1038/s41380-024-02598-2. Epub 2024 May 28. PMID: 38806692; PMCID: PMC11541086.

Inhaltlicher Kontakt:

Univ.-Prof. Dr. Johannes Vogt
Dept. of Molecular and Translational Neurosciences

Institute of Anatomy II
CECAD Cluster of Excellence for Aging Research
CMMC Center of Molecular Medicine Cologne

Universität zu Köln Joseph-Stelzmann-Str. 60
50931 Cologne, Germany
Tel.: 0221-4785209

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