Promotionsprojekt (Prof. Deitmer)

Promotionsprojekt (Prof. Deitmer)
Glukoseversorgung im neuralen Netzwerk
Patrick Jakoby, Abteilung für Allgemeine Zoologie, Fachbereich Biologie, TU Kaiserslautern
Das Gehirn des Menschen macht im Vergleich zur Gesamtmasse seines Körpers gerade einmal
2% aus, wobei es allerdings dabei mehr als 25% des gesamten energetischen Grundumsatzes
verbraucht. Dabei werden über 85% dieser Energie von neuronalen Ionenpumpen verwendet.
Diese sorgen für die Aufrechterhaltung bzw. die Wiederherstellung der Ionengradienten über die
Membran der Nervenzellen nach postsynaptischen Strömen und Aktionspotentialen.
Da sowohl Nervenzellen als auch Astrozyten im Besitz von Glukosetransportern (GLUTs) sowie
aller Enzyme der Glykolyse und Trikarbonsäurezykluses sind, galt es lange als Dogma, dass
Glukose die einzige Energiequelle für Gehirnzellen darstellt. In den letzten Jahrzehnten gab es
allerdings zahlreiche Hinweise darauf, dass neben Glukose auch Laktat eine wichtige Rolle in
der Energieversorgung spielen könnte. Daraus entwickelte sich das Modell des sogenannten
Astrozyten-Neuronen-Laktat-Shuttles (Pellerin and Magistretti 1994). Laut diesem Modell gilt
Glukose unter Ruhebedingungen sowohl für Astrozyten als auch für Neurone als wichtigster
Energielieferant. Bei synaptischer Aktivität entsteht in Nervenzellen jedoch ein erhöhter
Energiebedarf. Dieser wird durch Laktat, welches von Astrozyten aus Glukose bzw. Glykogen
bereitgestellt und über Monokarboxylattransporter (MCTs) in die Neurone transportiert wird,
gedeckt.
Die meisten Untersuchungen, welche bereits in diesem Zusammenhang in Zellkulturen oder
Schnittpräparaten von Gehirnen durchgeführt wurden, basierten auf Versuchen mit radioaktiv
markierter Glukose. Die zeitliche und räumliche Auflösung dieser Technik ist jedoch stark
limitiert. Aus diesem Grund verwende ich fluoreszierende Glukoseanaloga zusammen mit
hochauflösender 2-Photen-Lasermikroskopie zur Untersuchung der Glukoseaufnahme und des
Stoffwechsels in unterschiedlichen Zelltypen des Kleinhirns von Mäusen in situ. Das Ziel dieser
Arbeit ist es, ein besseres Verständnis über die zellulären Stoffwechselwege der Glukose
innerhalb des glialen Synzytiums zu erlangen und zu evaluieren, ob Gliazellen in der Lage sind,
Nervenzellen mit Energie zu versorgen.