Band 22, Heft 1

Zusammenfassung Die Balance zwischen struktureller Stabilität und funktioneller Flexibilität synaptischer Schaltkreise passt sich im Gehirn höherer Vertebraten ständig an die verschiedenen Lebensumstände an. Zunächst herrscht im juvenilen Hirnstadium hohe strukturelle Plastizität. Als kritischer Schritt in der Hirnreifung gilt die Entstehung der Extrazellulären Matrix (ECM, aus dem Englischen extracellular matrix ), welche das Potenzial für neuronale Plastizität und Regeneration als strukturstabilisierende Einheit limitiert. Neueste Forschungen haben erst begonnen, den Einfluss dieser vermeintlichen Limitierung adulter Plastizität auf lernabhängige Plastizität, lebenslange Gedächtnisanpassungen und höhere kognitive Funktionen zu untersuchen. In diesem Übersichtsartikel fassen wir aktuelle Befunde zusammen, welche die aktivitätsabhängige Modulation der ECM als Schlüsselelement für die Regulation lernabhängiger Plastizität im adulten Gehirn beschreiben. Die experimentelle Modifikation der ECM in lokalen neuronalen Schaltkreisen kann darüber hinaus als Werkzeug genutzt werden, um kurze Zeitfenster aktivitätsabhängiger neuronaler Reorganisationen zu ermöglichen. Wir diskutieren die Einflüsse dieser Verfahren auf entwicklungsabhängige Plastizität sowie Möglichkeiten der kognitiv flexibleren Auswahl wahrend unterschiedlicher Lern- und Verhaltensoptionen. Diese Befunde bieten Implikationen für neue regenerative und therapeutische Konzepte basierend auf zielgerichteter Neuroplastizität.

Zusammenfassung Aktin-Filamente (F-Aktin) sind ein wesentlicher struktureller Bestandteil erregender Synapsen. In erregenden Synapsen ist F-Aktin sowohl in präsynaptischen Endigungen als auch in dendritischen Dornen (spines) angereichert. Aktin-Dynamik - der räumlich und zeitlich kontrollierte Auf- und Abbau von F-Aktin - ist wichtig für zahlreiche prä- und postsynaptische Prozesse. Folglich wurde für Aktin-Dynamik-regulierende Aktin-bindende Proteine (ABPs) angenommen, dass diese wichtig für die Funktion und Struktur erregender Synapsen sind. Unter Verwendung von Knockout-Mausmodellen sowie mittels Genmodifikationen (loss- und gain-offunction) in akuten Hirnschnitten und in dissoziierten Neuronenkulturen wurden in den letzten Jahren die vielseitigen, synaptischen Funktionen für Mitglieder zweier wichtiger ABP-Familien, ADF/Cofilin und Profilin, entdeckt. Nach einer kurzen Einführung in die Funktion chemischer Synapsen und in Aktin-Dynamik werden wir aktuelle Ergebnisse zur synaptischen Funktion von ADF/Cofilin und Profilin in diesem Übersichtsartikel zusammenfassen und diskutieren. Abschließend werden wir zukünftige Ausrichtungen und Perspektiven in diesem Forschungsfeld aufzeigen.

Zusammenfassung Die Rate der an Adipositas erkrankten Menschen hat rapide zugenommen, und dies zieht immense Kosten für das Gesundheitssystem nach sich. Im Kern stehen Nahrungsmittelentscheidungen, die unter starkem Einfluss verschiedener interner und externer Faktoren stehen. Basierend auf der biologischen Notwendigkeit, genug Nahrung zu sich zu nehmen und den Energieverbrauch anzupassen, existieren verschiedene Systeme zur Regulation der Nahrungsmittelaufnahme. Dieser Artikel fokussiert zunächst neurobiologische und hormonelle Grundlagen und erläutert verschiedene metabolische Kurz- und Langzeitsignale wie Leptin, Insulin und Ghrelin. Wir stellen anschließend genetische Faktoren vor, welche entweder direkt, oder erst in der Interaktion mit anderen Genen und der Umwelt, zu Übergewicht fuhren können. Daraufhin wird die enge Verflechtung mit dem Belohnungssystem dargestellt, denn vor allem der Verzehr hochkalorischer Nahrungsmittel geht mit einer Ausschüttung des Neurotransmitters Dopamin sowie einer Aktivierung des Belohnungssystems im Gehirn einher. Als letztes werden die Erkenntnisse der Neuroökonomie, also der neurowissenschaftlichen Entscheidungsforschung, mit den zuvor dargelegten Forschungserkenntnissen verbunden.

In the higher vertebrate brain, the delicate balance between structural stabilization and remodeling of synaptic networks changes over the life span. The juvenile brain is characterized by high structural plasticity. A critical step in brain maturation is the occurrence of the extracellular matrix (ECM) that structurally stabilizes neuronal tissue restricting the potential for neuronal remodeling and regeneration. Current research has only begun to understand how this putative limitation of adult neuronal plasticity might impact on learning-related plasticity, lifelong memory reformation and higher cognitive functions. In this review, we summarize recent evidence that recognizes the ECM and its activity- dependent modulation as a key regulator of learning-related plasticity in the adult brain. Experimental modulation of the ECM in local neuronal circuits further opens short-term windows of activity-dependent reorganization, promoting complex forms of cognitive flexible adaptation of valuable behavioral options. This further bears implications for guided neuroplasticity with regenerative and therapeutic potential.

Actin filaments (F-actin) are the major structural component of excitatory synapses. In excitatory synapses, F-actin is enriched in presynaptic terminals and in dendritic spines, and actin dynamics-the spatio-temporally controlled assembly and disassembly of F-actin-have been implicated in pre- and postsynaptic physiology. Hence, actin-binding proteins that control actin dynamics emerged as important regulators of excitatory synapses linking synaptic function and structure, and therefore they are of vital importance for behavior. By the analyses of gene-targeted mice and by loss- and gain-of-function approaches in acute brain slices or dissociated neuronal cultures, studies from the last decade, including studies from our own labs, unraveled the versatile synaptic functions for members of two important families of actin dynamics regulating proteins, namely ADF/cofilin and profilin. After a short introduction into chemical synapses and actin dynamics, we will summarize and discuss recent findings on the synaptic functions of ADF/cofilin and profilin in this review article, and we will outline future directions and perspectives in the field.

The rate of patients with obesity has been rapidly increasing, and this imposes a heavy economic burden on health-care systems. Food decisions, under the influence of different internal and external factors, lie at the core of this increasing health problem. Due to the biological necessity to consume sufficient amounts of food and to correctly regulate energy expenditure, there are different systems that control food intake. This article first focuses on neurobiological and hormonal foundations and explains various metabolic short- and long-term signals, such as leptin, insulin, and ghrelin. We then also present genetic factors, which directly or indirectly (via other genes or environmental influences) may affect nutritional status. Since the consumption of high-caloric foods is accompanied by dopamine release and the activation of the brain’s reward system, we will then present the interdependence of metabolic and reward systems. Last, we will present a neuroeconomic perspective that complements research on metabolic and hedonic feeding regulation.