Hippokampus im Modellorganismus für Alzheimer Demenz I Der Hippokampus ist das räumliche Navigationssystem des Gehirns und für das Ablegen von Gedächtnisinhalten verantwortlich. Bei neurodegenerativen Erkrankungen treten meist schwere Gedächtnisstörungen auf. Deshalb untersuchen Wissenschaftler diesen Bereich des Gehirns. Die farbigen Punkte sind so genannte Plaques, die mit Amyloid Peptid gefüllt sind. Die Amyloid-Plaques haben Wissenschaftler vornehmlich bei Alzheimer Patienten gefunden. Ob Plaques die Ursache neurodegenerativer Erkrankungen sind, wird intensiv erforscht.
Fluoreszenzmikroskopie, Dr. Dick Terwel, Prof. Dr. Michael Heneka
© Universitätsklinikum Bonn
Purkinjezellen I Das Kleinhirn ist beim Menschen für die Steuerung der Bewegung verantwortlich. Die Purkinjezellen (hier blau) sind die größten und wichtigsten Nervenzellen des Kleinhirns. Im Kleinhirn sind die Nervenzellen sehr übersichtlich angeordnet und einfach verschaltet. Das macht es zu einem beliebten System für Neurobiologen, die grundlegende Fragen der Verschaltung von Nervenzellen, der Weiterleitung von Informationen und des Absterbens von Nervenzellen untersuchen. Ein besseres Verständnis dieser Prozesse ist wichtig, denn Übertragungsstörungen und der Nervenzelltod scheinen eine wichtige Rolle bei neurodegenerativen Erkrankungen zu spielen.
Fluoreszenzmikroskopie, Dr. Chris Guerin, Prof. Dr. Pierluigi Nicotera
© Medical Research Council Toxicology Unit
Dendritenbaum I Die Fortsätze der Nervenzellen – die Dendriten – funktionieren wie Antennen und empfangen über ihre Kontaktstellen, den Synapsen, Signale von tausenden Partner-Nervenzellen in einem Netzwerk. Sie spalten sich astartig auf, deshalb nennt man das gesamte Gebilde aus vielen Einzelästen auch den Dendritenbaum einer Nervenzelle. Bei dieser Aufnahme wurde ein Zellkörper einer Pyramidenzelle des Hippokampus (ein Hirngebiet, das an Lern- und Gedächtnisprozessen beteiligt ist) über eine winzige Messpipette mit Farbstoff gefüllt. Dieser Farbstoff leuchtet, wenn er mit Licht einer bestimmten Wellenlänge angestrahlt wird.
Fluoreszenzmikroskopie, Dr. Stefan Remy
© Universitätsklinikum Bonn
Dendriten I Jede Nervenzelle erhält Informationen von bis zu 30.000 anderen Nervenzellen. Die Signale werden über die Fortsätze der Nervenzellen, die Dendriten, aufgenommen. Auf dem Bild gehen die Dendriten vom runden Zellkörper nach unten weg. Die Nervenzelle verarbeitet diese Informationen und sendet sie über das Axon an andere Nervenzellen. Das Axon ist am oberen Ende des Zellkörpers als kabelartiger Fortsatz zu erkennen. Es tritt mit vielen Dendriten anderer Nervenzellen in Kontakt. Dargestellt sind zwei Körnerzellen (spezielle Nervenzellen) im Hippokampus, die mit einem Fluoreszenzfarbstoff gefüllt wurden, der leuchtet, wenn er mit Licht einer bestimmten Wellenlänge angestrahlt wird.
Fluoreszenzmikroskopie, Dr. Stefan Remy
© Universitätsklinikum Bonn
Nervenzellen in der Haut von Zebrafischlarven I Nervenzellen (hier rot und grün) werden unter dem Fluoreszenzmikroskop sichtbar, wenn Forscher an sie eine Art Fahne koppeln. Diese Fahnen sind rot, grün oder blau fluoreszierende Proteine. Die rot markierten Nervenzellen bilden ein Protein, das in Verdacht steht, das Absterben von Nervenzellen zu verursachen. Die blauen Punkte sind Mitochondrien, die Kraftwerke unserer Zellen. Sie liefern die Energie für die Übertragung von Informationen zwischen den Nervenzellen. Das Absterben von Nervenzellen und Störungen der Energieversorgung stehen in Verdacht, die Ursache neurodegenerativer Erkrankungen zu sein.
Fluoreszenzmikroskopie, Dr. Dominique Paquet, Prof. Dr. Christian Haass
© Adolf-Butenandt-Institut - Ludwig-Maximilians-Universität München
Dornfortsätze I Die kleinen, sehr dünnen Dendriten einer Nervenzelle des Hippokampus und der Großhirnrinde besitzen kleine Dornfortsätze, die im Bild als winzige Punkte an den langen Dendriten erscheinen. Dort docken die anderen Nervenzellen mit ihren Axonen an. Eine Nervenzelle besitzt zehntausende solcher Dornfortsätze und kommuniziert mit ebenso vielen Partner- zellen. Bei neurodegenerativen Erkrankungen scheinen Veränderungen dieser Strukturen aufzutreten, die zum Funktionsverlust und letztlich zum Absterben von Nervenzellen führen könnten. Das wiederum könnte die Ursache der schweren Lern- und Gedächtnisstörungen bei Patienten mit neurodegenerativen Erkrankungen sein.
Fluoreszenzmikroskopie, Dr. Stefan Remy
© Universitätsklinikum Bonn
Zebrafische als Modellorganismus I Mithilfe von Zebrafischen wollen Forscher das Absterben von Nervenzellen beobachten. Im Bild dargestellt sind zwei eine Woche alte Fische. Das Nervensystem der Fische ist grün markiert, in Blau (unten) und Rot (oben) ist ein Protein zu erkennen, welches das Absterben von Nervenzellen verursachen könnte.
Fluoreszenzmikroskopie, Dr. Dominik Paquet, Prof. Dr. Christian Haass
© Adolf-Butenandt-Institut - Ludwig-Maximilians-Universität München
Zebrafische als Modellorganismus I Das Nervensystem von Zebrafischen ist grün markiert, in Blau (links) und Rot (rechts) erscheinen Nervenzellen, die ein Protein aufweisen, das im Verdacht steht, für das Absterben von Nervenzellen verantwortlich zu sein. Um diesen Prozess beobachten zu können, haben Forscher in das Erbgut der Fische ein Gen eingebracht, das dieses Protein bindet. Das Gen wurde mit einem weiteren Gen gekoppelt, das eine fluoreszierende Substanz bildet. Beide Gene werden wie die übrigen Gene des Fischs zu Proteinen umgeschrieben. Das fremde Protein kann dann durch die gekoppelte Substanz unter dem Fluoreszenzmikroskop beobachtet werden.
Fluoreszenzmikroskopie, Dr. Dominik Paquet, Prof. Dr. Christian Haass
© Adolf-Butenandt-Institut - Ludwig-Maximilians-Universität München
Zebrafisch als Modellorganismus I Das Nervensystem des Zebrafischs ist grün markiert, rot erscheinen Nervenzellen, die ein Protein aufweisen, das im Verdacht steht, für das Absterben von Nervenzellen verantwortlich zu sein. Dieses Untersuchungsmodell soll helfen zu verstehen, wie das Absterben von Nervenzellen bei neurodegenerativen Erkrankungen zustande kommt. Ob und wie das Protein das Absterben von Nervenzellen beeinflusst, kann so direkt im lebenden Organismus verfolgt werden.
Fluoreszenzmikroskopie, Dr. Dominik Paquet, Prof. Dr. Christian Haass
© Adolf-Butenandt-Institut - Ludwig-Maximilians-Universität München
Rückenmark des Zebrafischs I Zwei Tage alter Zebrafisch, der ein Protein bildet, das das Absterben von Nervenzellen verursachen soll. Die Nervenzellen des Fischs sind grün markiert, in Rot sind diejenigen Nervenzellen zu erkennen, in denen das Protein gebildet wird. Die für die Funktion der Nervenzellen wichtigen Synapsen, die sich vor allem an den nach unten auswachsenden Nervenfasern befinden, sind blau gefärbt. Synapsen sind die Kontaktstellen zwischen Nervenzellen. Das Absterben von Nervenzellen und die Veränderung von Synapsen stehen in Verdacht, Ursachen neurodegenerativer Erkrankungen zu sein und sind deshalb Gegenstand intensiver Forschung.
Fluoreszenzmikroskopie, Dr. Dominik Paquet, Prof. Dr. Christian Haass
© Adolf-Butenandt-Institut - Ludwig-Maximilians-Universität München
Genetisch veränderte Zebrafischlarven I Die Aufnahme zeigt zwei Tage alte Zebrafischlarven, die gerade aus ihren Eihüllen ausschlüpfen. Den Larven wurde ein Gen eingesetzt, welches beim Menschen mit dem Absterben von Nervenzellen in Verbindung steht. Um die genetisch veränderten Fische besser erkennen zu können, wurde zusätzlich ein aus einer Koralle stammendes so genanntes Fluoreszenzgen in ihr Erbgut eingesetzt. Beide Gene sind gekoppelt. Sie werden im Fisch zu Proteinen abgelesen und erscheinen im Fluoreszenzmikroskop als leuchtende Punkte.
Fluoreszenz- kombiniert mit Hellfeldmikroskopie, Dr. Dominik Paquet, Prof. Dr. Christian Haass
© Adolf-Butenandt-Institut - Ludwig-Maximilians-Universität München
Fadenwurm I Fadenwürmer werden seit den 1960er Jahren in der Wissenschaft eingesetzt. Viele Prozesse scheinen beim Fadenwurm ähnlich abzulaufen wie bei höher entwickelten Organismen, etwa dem Mensch. Besonders gut erforscht ist die Art namens Caenorhabditis elegans. Das Erbgut dieses Fadenwurms war das erste vollständig entschlüsselte Erbgut eines Mehrzellers. Fadenwürmer besitzen eine gewisse Autofluoreszenz, sie leuchten somit unter dem Fluoreszenzmikroskop ganz ohne die Zugabe von fluoreszierenden Stoffen.
Fluoreszenzmikroskopie, Dr. Daniele Bano
© University Leicester
Fadenwurm I Bei Fadenwürmern hängt der Alterungsprozess von der Nahrungszufuhr ab. Diese Eigenschaft macht sie für Wissenschaftler interessant, die den Zusammenhang zwischen Altern und der Entwicklung neurodegenerativer Erkrankungen untersuchen. Fadenwürmer selbst entwickeln zwar keine neurodegenerativen Erkrankungen, allerdings scheinen die molekularen Prozesse, die im Fadenwurm beim Altern ablaufen, ähnlich denen bei Wirbeltieren zu sein. Ziel der Forschungen ist es, genetische Faktoren zu finden, die sowohl für das Altern als auch für neurodegenerative Prozesse wie den Funktionsverlust oder das Absterben von Nervenzellen verantwortlich sind.
Fluoreszenzmikroskopie, Dr. Daniele Bano
© University Leicester
Fadenwurm I Mittels fluoreszierender Stoffe, hier einem blau fluoreszierenden Farbstoff, lassen sich unter dem Fluoreszenzmikroskop einzelne Strukturen des Fadenwurms hervorheben. Angefärbt wurden die Zellkerne, die blau schimmern. Im Zellkern befindet sich das Erbgut des Organismus. Altern ist ein Hauptrisikofaktor für neurodegenerative Erkrankungen. Beim Altern wird ein genetisches Programm in Gang gesetzt. Welche Schalter beim Altern aktiviert werden und welche eine Rolle bei neurodegenerativen Erkrankungen spielen, erforschen die Wissenschaftler am Modellorganismus Fadenwurm.
Fluoreszenzmikroskopie, Dr. Daniele Bano
© University Leicester
Nervensystem des Fadenwurms I 2008 wurde die Forschung am Fadenwurm der Art Caenorhabditis elegans mit dem Nobelpreis für Chemie geehrt: Wissenschaftler hatten in den 1990er Jahren ein Protein aus einer grün leuchtenden Qualle, das so genannte grün fluoreszierende Protein (GFP), in ausgewählte Nervenzellen des Fadenwurms eingebracht. Diese Technik machen sich auch heute Wissenschaftler zunutze, die den Zusammenhang zwischen Altern und Neurodegeneration unter- suchen wollen. In Hellgrün erscheinen der hintere und der vordere Nervenstrang sowie die Nervenzellen um den Schlund herum.
Fluoreszenzmikroskopie, Dr. Daniele Bano
© University Leicester
Nervensystem des Fadenwurms I Der Fadenwurm Caenorhabditis elegans besitzt ein relativ kleines Nervensystem. Ein erwachsenes Tier hat genau 302 Nervenzellen. Mit speziellen Markern können Wissenschaftler das Nervensystem des Fadenwurms im Fluoreszenzmikroskop sichtbar machen. In Hellgrün erscheinen der hintere und der vordere Nervenstrang sowie die Nervenzellen um den Schlund herum.
Fluoreszenzmikroskopie, Dr. Daniele Bano
© University Leicester
Neurale Vorläuferzellen I In bestimmten Gehirnregionen erwachsener Säugetiere befinden sich Stammzellen, die sich zeitlebens zu neuen Nervenzellen entwickeln können. Diese werden als neurale Vorläuferzellen bezeichnet. Sie können sich zu gesunden Nervenzellen entwickeln. Das Bild zeigt in Zellkultur gewonnene neurale Vorläuferzellen (grün) einer Parkinson-Patientin.
Fluoreszenzmikroskopie, Benjamin Schmid, Prof. Dr. Thomas Gasser
© Abteilung für neurodegenerative Erkrankungen des Hertie-Instituts für klinische Hirnforschung
Neurale Vorläuferzellen I Um neurale Stammzellen im Mikroskop sichtbar zu machen, koppeln Forscher fluoreszierende Proteine an spezielle Proteine, die nur in den Vorläuferzellen auftreten. Grün markiert ist hier das Protein Nestin, das hauptsächlich im Epithel von neuronalen Stammzellen gebildet wird und damit ein Marker für diese Zellart ist.
Fluoreszenzmikroskopie, Benjamin Schmid, Prof. Dr. Thomas Gasser
© Abteilung für neurodegenerative Erkrankungen des Hertie-Instituts für klinische Hirnforschung
Neurale Vorläuferzellen I Neurale Vorläuferzellen können isoliert und im Labor zu gesunden Nervenzellen entwickelt werden. In dieser Methode steckt ein großes Potenzial zur Therapie neurodegenerativer Erkrankungen.
Fluoreszenzmikroskopie, Benjamin Schmid, Prof. Dr. Thomas Gasser
© Abteilung für neurodegenerative Erkrankungen des Hertie-Instituts für klinische Hirnforschung
Neurale Vorläuferzellen I Neurale Vorläuferzellen können isoliert und im Labor zu gesunden Nervenzellen entwickelt werden. In dieser Methode steckt ein großes Potenzial zur Therapie neurodegenerativer Erkrankungen.
Fluoreszenzmikroskopie, Benjamin Schmid, Prof. Dr. Thomas Gasser
© Abteilung für neurodegenerative Erkrankungen des Hertie-Instituts für klinische Hirnforschung
IPS-Zellen I 2006 gelang es erstmals, aus leicht zugänglichem Gewebe Zellen zu gewinnen, die umprogrammiert und somit zu jedem möglichen Zelltyp entwickelt werden können. Diese so genannten induzierten pluripotenten Stammzellen, kurz IPS-Zellen, können im Labor kultiviert werden. Dazu müssen sie in einer Co-Kultur mit anderen Zellen wachsen, die wichtige Signalstoffe für die Kultivierung der IPS-Zellen ausschütten. Das Bild zeigt eine Kolonie von IPS-Zellen, die den Stammzellmarker Oct4 (rosa) enthalten. Die spindelförmigen Zellen (ohne Farbe) sind Bindegewebszellen, welche die IPS-Zellen mit Nähr- und Signalstoffen versorgen.
Fluoreszenzmikroskopie, Ashutosh Dhingra, Prof. Dr. Thomas Gasser
© Abteilung für neurodegenerative Erkrankungen des Hertie-Instituts für klinische Hirnforschung
Nervenzellen in Zellkultur I Bei der Parkinson’schen Krankheit wird eine bestimmte Art von Nervenzellen, die so genannten dopaminergen Neuronen, im Gehirn zerstört. Die Ursachen für das Absterben der Nervenzellen sind bis jetzt weitgehend unbekannt. Um diese zu erforschen, können Nervenzellen im Labor aus Stammzellen von Parkinson-Patienten gewonnen werden. Das Bild zeigt ein dichtes Netzwerk aus Zellen, die aus so genannten induzierten pluripotenten Zellen einer Parkinson-Patientin entstanden sind.
Phasenkontrastmikroskopie, Benjamin Schmid, Prof. Dr. Thomas Gasser
© Abteilung für neurodegenerative Erkrankungen des Hertie-Instituts für klinische Hirnforschung
Stammzellen und neue Nervenzellen im erwachsenen Gehirn I Im Hippokampus, einer Hirnregion, die sehr wichtig für Lernen und Gedächtnis ist und bei Demenzen besonders früh und schwer betroffen wird, werden lebenslang neue Nervenzellen gebildet ("adulte Neurogenese"). Wissenschaftler untersuchen, wie körperliche und geistige Aktivität die Stammzellen (grün) dazu anregt, sich zu teilen und neue unreife Nervenzellen (blau) zu bilden, die dann in Nervenzellen ausreifen können (rot). Ziel ist, Erkenntnis darüber zu erlangen, wie wir unser Leben so führen können, dass der Hippokampus am besten auf die Herausforderungen des Alterns vorbereitet ist.
Fluorezenzmikroskopie, Dr. Klaus Fabel, Prof. Dr. Gerd Kempermann
© CRTD/Kooperationspartner Dresden
Glatte Muskelzellen in Zellkultur I 2006 gelang es einer japanischen Forschergruppe, aus leicht zugänglichem Gewebe, zum Beispiel aus Haut- oder Muskelzellen, Zellen zu gewinnen, die menschlichen embryonalen Stammzellen sehr ähnlich sind. Diese werden induzierte pluripotente Stammzellen, kurz IPS-Zellen, genannt. Das Bild zeigt Muskelzellen, die aus IPS-Zellen einer Parkinson-Patientin gewonnen wurden. Um die Muskelzellen unter dem Mikroskop sichtbar zu machen, wurde ein Muskelprotein grün markiert.
Fluoreszenzmikroskopie, Benjamin Schmid, Prof. Dr. Thomas Gasser
© Abteilung für neurodegenerative Erkrankungen des Hertie-Instituts für klinische Hirnforschung
Das Deutsche Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) verfolgt das Ziel, die Ursachen neurodegenerativer Erkrankungen besser zu verstehen und neue Strategien für die Prävention und Behandlung dieser Krankheiten zu entwickeln.
Zu den häufigsten neurodegenerativen Erkrankungen gehören Parkinson und Demenzen wie die Alzheimer-Krankheit.
Klicken Sie die Bilder an, um mehr über das Dargestellte zu erfahren.
