Das Zusammenspiel von Plastizität der aktiven Zone und Ausbildung von Erinnerungsspuren im alternden Pilzkörper

Der Prozess des Alterns ist in einem großen Teil unserer Bevölkerung von Abbau der kognitivem Leistungsfähigkeit (age-induced memory impairment, AMI) begleitet. Diese altersbedingte Gedächtnisschwäche wird zunehmend zu einer Herausforderung unseres Gesundheitssystems. Gleichzeitig sind jedoch die Alterungsprozesse unseres Gehirns auf molekularer und zellulärer Ebene kaum verstanden. Eine grundlegende Herausforderung bei der Untersuchung des kognitiven Alterns ist die Unterscheidung zwischen ursächlichen und korrelativen oder sogar eher adaptiven und protektiven Veränderungen. Solche Zusammenhänge sind insbesondere deswegen kaum etabliert, da der Alterungsprozess einem komplexen Zusammenspiel von regulatorischen und exekutiven Mechanismen unterliegt. Aktivitäts-abhängige synaptische Plastizität wird für die Kodierung und Speicherung von Erinnerungen in allen untersuchten Tiermodellsystemen als notwendig und wahrscheinlich hinreichend erachtet. Anstatt den Verlust von Neuronen zu betonen, weisen mehrere Studien in Nagetiermodellen auf eher subtile altersbedingte synaptische Veränderungen im Hippocampus und anderen Teilen des kortikalen Gehirns als mit AMI assoziiert hin. Nun sind Synapsen jedoch komplexe "Nanomaschinen", deren in vivo-Funktionsprinzipien wir erst gerade zu verstehen beginnen. In diesem Antrag formulieren wir einen "Multiskalen"-Ansatz, der dazu beitragen wird, diese Lücke zu schließen. Hierzu verknüpfen wir den funktionellen und strukturellen Status von Erinnerungs-relevanten Synapsen-Populationen des Pilzkörpers direkt mit der Verhaltensebene (Ausbildung olfaktorischer Erinnerungen). Diese Zusammenhänge studieren wir über die Lebenszeit unseres Modells, der Drosophila Fruchtfliege. Wir beginnen mit einer einzigartigen Reihe von Befunden und Werkzeugen, die es uns ermöglichen, molekulare synaptische Phänomene mit AMI direkt im Pilzkörper von Drosophila zu verbinden. Elektrophysiologische Charakterisierung der Ausgangs-Synapsen des Pilzkörpers ist hierbei die entscheidende Arbeitsebene, um molekulare und Verhaltens-relevante Phänotypen zu integrieren. Wir hoffen, dass unsere Arbeiten es erlauben werden, kausale Beziehungen direkt zwischen Lebenszeit-assoziierten Veränderungen der synaptischen Struktur und Funktion und Gedächtnisstörungen herstellen und damit einen konzeptionellen Rahmen für ein mechanistisches Verständnis dieses Phänomens zu liefern.