Es ist eine große Freude für mich, hier in Lindau zu sein, und wenn ich kann, bin ich jedes Jahr hier.
Aber diesmal habe ich mir selbst eine sehr gewagte Aufgabe vorgenommen,
denn ich will reden über … ich will 2 kurze Vorträge halten, jeweils rund 15 Minuten.
Und das sind 2 Themen, die auf den ersten Blick nichts miteinander zu tun zu haben scheinen.
Zum einen geht es um angewandte Krebsforschung und zum anderen um reine Neurobiologie.
Tatsächlich geht es also bei dem einen Vortrag um die „angewandteste“ Forschung, die möglich ist.
Wir haben sogar ein neues Unternehmen gegründet, Avelas Biosciences, um die Sonden zu vermarkten.
Und ich sollte direkt anmerken, dass die erste Hälfte des Vortrages in gewisser Hinsicht mit kommerziellen Interessen zu tun hat.
Aber in der zweiten Hälfte geht es um reine Forschung und die scheint mit der ersten Hälfte überhaupt nichts zu tun zu haben,
obwohl beide Themen auf einer subtilen Ebene vieles gemeinsam haben.
Die gegen Krebs wirkenden Moleküle sind aktivierbare zellgängige Peptide (activatable cell penetrating peptides), ACPPs,
wie wir sie bezeichnen, die, also diese Molekülart, wir erfunden haben.
Und der hauptsächliche Einsatz erfolgt bisher im Fluoreszenz-Imaging, in Matrix-Metalloproteinase-Aktivitäten, MMPs,
aber natürlich können sie auch sinnvoll in der Chemotherapie, also für Chemotherapiebehandlungen, eingesetzt werden.
Eine komplementäre Technologie ohne Einsatz von aktivierbaren zellgängigen Peptiden ist die Einfärbung peripherer Nerven,
was ein sehr einfaches Phagen-Display-Verfahren ist.
Aber es hat sich als ziemlich nützliches Komplementärverfahren herausgestellt.
Und wie ich bereits sagte, gibt es eine Erklärung zu potenziellen Interessenkonflikten.
Allerdings beschäftigt sich die zweite Hälfte des Vortrags mit Molekülen für die Langzeitgedächtnisspeicherung.
Und das Thema hat mit der Neurobiologie des peripheren Netzes zu tun.
Grundsätzlich sind die hier unten links genannten Mitarbeiter in meinem Labor tätig
und unsere externen Kollegen werden unten rechts genannt.
Varda Lev-Ram und Sakina Palida hier und das Labor von John Yates mit Massenspektrometer-Unterstützung von außen.
Zunächst aber muss ich einmal sehr kurz den Nobelpreis 2008 erklären, um Ihnen eine Idee davon zu geben, was ich gemacht habe.
Ich, oder ich sollte besser sagen: mein Labor hat eine Palette von nicht-oligomerisierenden Fluoreszenzproteinen geschaffen.
Wir haben also das grüne Fluoreszenzprotein und das rote Korallen-Fluoreszenzprotein deutlich verbessert.
Doch die Quintessenz ist … übrigens das hier ist GFP, die natürliche Farbe des Quallenproteins.
Und wir haben auch einige hübsche Namen vergeben.
Wie beispielsweise mHonigmelone, mBanane, mOrange, mTomate usw.
Ich habe mich gefreut, gestern zu erleben, dass sich mCherry für Steve Chu als nützlich erwiesen hat.
Aber jedes Fluoreszenzprotein hat die gemeinsame Eigenschaft, dass es durch einen DNA-Klon kodiert wurde.
Und es ist nicht toxisch, über jeden aeroben Organismus mit 100% Ausbeute synthetisierbar
und verbindet die Molekularbiologie und biologische Prozesse mit Bildgebungsverfahren.
Und das ist seine wesentliche Natur.
Die Fluoreszenzproteine haben uns also einige bedeutende Vorteile geliefert.
Und natürlich begrüßen wir die Tatsache,
dass Fluoreszenzproteine bedeutende Auswirkungen auf die grundlegende Biomedizinwissenschaft hatten,
weil jedes dieser Proteine geklont werden konnte.
Die meisten Proteine und die wichtigsten biochemischen Schritte können
direkt in lebenden Zellen oder intakten Modellorganismen wie Hefe, Würmern, Fliegen, Mäusen abgebildet werden.
Das bedauerliche Problem entsteht erst, wenn man an Menschen arbeiten möchte.
Das erste Problem: Menschen sind zu dick und undurchlässig für ein Ganzkörper-Fluoreszenz-Scanning
und deshalb muss man mit Kernspinresonanzmethoden arbeiten, wie wir gerade von Kurt Wüthrich gehört haben,
oder mit Röntgen-CT-Technik oder mit der Positronen-Emissionstomographie (PET) usw.
Aber die wirklich unangenehme Seite ist die,
dass Fluoreszenzproteine irgendwie über Transfektion oder Gentechnik eingebracht werden müssen.
Und wenn man keine Gentechnik einsetzt, um die Fluoreszenzproteine einzubringen,
lässt man die wesentliche Leistungsfähigkeit von Fluoreszenzproteinen ungenutzt.
Und bedauerlicherweise ist die humane Gentherapie noch nicht weit genug fortgeschritten, um so vorzugehen.
Es geht zwar weiter, aber nicht weit genug.
Und es wird noch lange dauern, bevor wir transgene menschliche Wesen produzieren,
ganz zu schweigen von den ethischen Problemen, die damit verbunden sind,
dass der Mensch oder Teile von ihm durch Einbringung eines Fluoreszenzproteins grün leuchten würden,
was einem als Patient nicht gerade direkt zugutekäme.
Deshalb sahen wir für klinische Anwendungen nach wie vor einen Bedarf an synthetischen Molekülen, synthetischen kleinen Molekülen,
um erkrankte Gewebe markieren und behandeln zu können.
Und deshalb haben wir uns von dieser Sache abgewandt, die mir den Nobelpreis einbrachte,
und dem Thema zugewandt, dem die erste Hälfte dieses Vortrags gewidmet ist.
Die meisten Todesfälle durch Krebs entstehen aufgrund von Metastasen, die in entfernten Organen wachsen.
Und natürlich starten sie alle im Stadium des Primärtumors, aber letztendlich stirbt man an ihnen.
Damit Zellen wandern, Metastasen bilden, müssen sie …
hier sind massive Primärtumorzellen und viele Menschen erforschen die Tumorbiologie usw.
Es ist sehr, sehr wichtig.
Aber damit die Zellen letztendlich die Basalmembran der Blutgefäße oder der Lymphgefäße durchbrechen
und sich ihren Weg durch die gesunde extrazelluläre Matrix bahnen können,
müssen sie Proteasen exprimieren und übermäßig aktivieren, bestimmte Proteasen.
Und 2 davon … die am bekanntesten sind MMP2, das ist die Matrix-Metalloproteinase 2
und die gleiche mit der Nr. 9 von ungefähr 25 Proteasen.
Und es ist auch sehr gut bekannt, dass diese Krebszellen diese Proteasen aktivieren müssen,
bevor sie sich wie molekulare Macheten ihren Weg bahnen und metastasieren können ...
Der Cartoon dazu ist direkt im Internet zu finden.
Dieser hier wurde natürlich von EMD Microsciences erstellt.
Das Unternehmen verkauft Reagenzien für In-vitro-Studien von Proteasen.
Unser Ziel war es aber, in vivo zu untersuchen und die Aktivierung von MMP2 und MMP9 in vivo zu erfassen.
Lange Rede kurzer Sinn: Die Art und Weise, wie wir das bewältigten, ist dieser Mechanismus,
bei dem eine Polykation-Komponente zunächst auf eine Abgabe-Payload verschmolzen wird,
weil wir in der Lage sein wollen, gleichzeitig andere Dinge damit zu transportieren
und eine Polykation-Komponente hat eine Menge positiver Ladungen.
Und konkret verwenden wir genau 9 positive Ladungen - wir haben uns einfach auf 9 festgelegt.
Und das ist einfach ein Bündel von Argininen in einer Reihe.
Sehr, sehr einfach. Arginin ist eine positiv geladene Aminosäure.
Und es ist eine Diaminosäure.
Das ist jetzt also synthetisch, keine natürliche Aminosäure.
Aber das allein reicht nicht.
Wir müssen hier selektiv vorgehen.
Und das tun wir, indem wir die Kette an 9 negative Ladungen anhängen,
die den negativen Ladungen hier in der Polyanionform entsprechen – übrigens auch deglutiniert.
Sie neutralisieren sich gegenseitig und sie werden durch einen spaltbaren Linker zusammengehalten.
Diese aus 4 Teilen bestehende Chimäre ist synthetisch hergestellt.
Sie dringt nicht in Zellen ein und ist ziemlich inaktiv.
Sie bewegt sich im Blutstrom und checkt Gewebe.
Wenn sie keine Protease findet, wird sie vom Körper einfach ausgeschieden.
Sie wird über die Nieren ausgeschieden und verfärbt die Niere und den Urin. Das ist alles.
Wenn jedoch Protease vorhanden ist, trennt sie diesen spaltbaren Linker vor Ort ab.
Und dieselbe Protease, die im Gewebe verwendet wird, spaltet dann diesen Linker ab und die negativen Ladungen werden entfernt.
Und die positive Ladung hat jetzt keinen Gegenspieler mehr,
heftet sich zunächst an die Außenseite der Plasmamembran und integriert sich sehr stark.
Und dann werden einige endozytiert und einige davon gelangen in den Zytoplasmakern.
Das ist also das Prinzip.
Wenn Protease vorhanden ist, entsteht eine lokale Akkumulation
und Speicherung des fluoreszierenden Farbstoffs in diesem Konstrukt.
Lassen Sie mich das Ganze abkürzen und konkret werden.
Versuchen Sie einmal zu erkennen, was hier zu sehen ist.
Das hier ist ein Tumor im Ohr einer Maus.
Können Sie den Tumor sehen?
Ich wette, Sie sehen ihn nicht.
Und das ist genau das Problem, das Chirurgen Tausende von Jahren hatten.
Für das bloße Auge sind Tumoren unsichtbar.
Aber ich lasse den Film gleich laufen und stelle ihn auf den Fluoreszenzmodus ein.
Und ich beleuchte das Ganze mit einem Fluoreszenzlicht.
Und dann sehen Sie exakt, welche Regionen fluoreszent sind und also die ACPPs aufweisen,
die hydrolysiert werden und den roten Farbstoff speichern. Das ist also gut.
Außer, dass man seine Instrumente nicht sehen kann.
Man kann die Anatomie nicht erkennen.
Man kann nicht … auch das ist also nicht von Vorteil.
Deshalb bevorzugen wir dies: Ein Überblendungsmodus, der die Fluoreszenz in der Falschfärbung blau-grün anzeigt.
Und der Grund dafür, dass wir die Farbe in blau-grün falschfärben, ist einfach der, dass es in der Maus nichts gibt,
was natürlicherweise blau-grün wäre.
So können wir einfach zwischen der Fluoreszenz aufgrund der Fluoreszenzfarbstoffe und der Anatomie der Maus unterscheiden.
Das ist also der Primärtumor.
Den hätten wir also herausschneiden können.
Aber es geht in Wirklichkeit um die Metastasen.
Und hier sehen Sie die Metastasen im Überblendungsmodus durch die Haut der Maus durchscheinen.
Dies ist unser dritter Displaymodus.
In diesem Modus ist die Fluoreszenz ziemlich diffus und abgeschwächt, weil sie nicht gut durch das Fleisch hindurch dringt.
Und das ist das Problem, das ich schon erläutert habe.
Mit Fluoreszenz kann man etwas Tiefes nicht durchdringen.
Aber gleich wird mein chirurgischer Kollege, Doktor Quyen Nguyen, auftauchen und das Tier aufschneiden.
Und da sehen Sie natürlich das aufgeschnittene Gewebe und hier sehen Sie die helle Fluoreszenz;
die Aktivität des Gewebes, das die Fluoreszenz speichert, wird hier gezeigt.
Und hier trennen wir das Gewebe heraus und nehmen eine Dissektion vor.
Und dann können wir das Gewebe herausschneiden, das erkrankte Gewebe, und die Operation wesentlich einfacher fortsetzen,
als wenn wir uns nicht an der Fluoreszenz hätten orientieren können.
Und mit dieser Vorgehensweise können wir eine Vielzahl von Operationen durchführen.
Und hier geht es um einen Vergleich der Pankreasoperation mit ACPP gegenüber der Operation ohne diese Technik.
Die neue Technik verbessert die tumorfreien Überlebensraten.
Dies hier ist eine Überlebenskurve, gemessen in Wochen nach der durchgeführten Operation.
Wir haben festgestellt, dass diese traditionelle Chirurgie nicht viele Tiere retten konnte,
während die Fluoreszenzchirurgie wesentlich besser abgeschnitten hat.
Und auch die nach acht Wochen durchgeführte Kontrolle des Tumorgewichts, für die wir die Tiere töteten,
um das Operationsergebnis feststellen zu können,
ergab eine wesentlich geringere Tumormasse und eine sehr geringe Metastasenbelastung.
Und das ist statistisch signifikant.
Und zudem können wir diese Ergebnisse in verschiedenen Tumormodellen nachweisen.
Bis heute haben wir 26 oder 28 verschiedene Modelle getestet und dabei kein Tumormodell gefunden
- weder in der Maus noch bei einem Tier-Mensch-Modell -, bei dem diese Art von Technik nicht funktioniert.
Sie alle scheinen diese MMP9, die Kombination von MMP9- und MMP2-Aktivität aufzuweisen.
Und ein Teil der Begründung für die relative Universalität ist die,
dass jeder individuelle Tumor nicht alle MMPs tatsächlich selbst erzeugt.
Er wird dabei von der Mikroumgebung des Tumors unterstützt – einem Beitrag des Wirtsorganismus.
Der Wirtsorganismus scheint diese Vorgänge generell gerne anzustoßen, wenn er entzündet ist.
Und deshalb halten wir diese Beobachtung für ziemlich grundsätzlich.
Tatsächlich waren wir vor kurzem in der Lage – wir haben das 2014 veröffentlicht,
– genau dieses System dazu zu nutzen, statt eines Fluoreszenzfarbstoffs ein konventionelles Krebs-Chemotherapeutikum einzubringen.
In diesem Fall ging es um das so genannte Monomethylauristatin, einen potenten Mikrotubulus-Hemmer.
Er konnte in ersten Versuchen orthotopische Xenotransplantate regredieren.
Und dieses Monomethylauristatin wird über dieselbe Technologie eingebracht,
wie sie derzeit bei Antikörpern gegen Konjugate genutzt wird.
Aber hierbei wird statt eines Antikörpers ein ACPP eingesetzt, um dasselbe zu bewirken.
Wir erreichen prozentuale Überlebensraten.
Nicht jedes Tier konnte geheilt werden, aber mit dem ACPP konnte eine erhebliche Zahl geheilt werden,
während die Anwendung der gleichen Wirkstoffkonzentration
– frei oder mit verschiedenen Kontrollen – nicht zur Rettung eines einzigen Tiers ausgereicht hat.
Was passiert mit den Nerven?
Ein Counter-Labelling der Nerven stellt ein herausforderndes Problem dar.
In der Chirurgie möchte man die Durchtrennung der Nerven vermeiden.
Den Krebs will man zwar herausschneiden, aber die Nerven dabei aussparen.
Die derzeitigen Methoden zur Identifizierung von Nerven bereiten große Probleme.
Es hat sich herausgestellt, dass periphere Nerven spezielle Oberflächenmoleküle aufweisen.
Deshalb braucht man diesen komplizierten ACPP-Mechanismus nicht durchzuführen.
Man kann einfach die Phagen-Display-Technologie anwenden.
Dann erhält man Sequenzen wie NTQTLAKAPEHT.
Und schließlich werden sie mit Fluoreszenz markiert.
Und dadurch leuchten die Nerven auf.
Hier sehen Sie ein Beispiel.
Das hier ist die Flanke, die angedeutete Flanke der Maus.
Und man sieht hier weder den Tumor noch den Nerv.
Ich habe es nicht geöffnet.
Aber Sie werden mir zustimmen, dass man hier den Grenzverlauf des Tumors nicht erkennen kann.
Aber wir gehen weiter und das hier ist der Tumor.
Und hier sind die Grenzen des Tumors im Überblendungsmodus zu erkennen.
Mit dem Unterschied, dass wir heute den Einsatz von grün gewählt haben, eine GFP-Farbe, aber das ist beliebig.
Der Computer nimmt nun mal die grüne Farbe.
Hier sehen wir das Ganze jetzt etwas unverhüllter.
Wir führen die Krebsoperation durch und Doktor Nguyen schneidet natürlich in Wirklichkeit nicht so schnell.
Das hier ist eine Zeitraffer-Darstellung, ungefähr doppelt so schnell.
Aber die Nerven werden frei gelegt.
Man kann hier sehen, dass diese gesamte Region ein großes Stück pseudogefärbtes grünes Gewebe war, das man entfernen möchte.
Und hier wird der Ischiasnerv freigelegt, den man erhalten möchte.
Aber man hat … man sieht, dass hier eine Verzweigung liegt, man muss das separat herausschneiden, die Verzweigung erhalten.
Man muss die Verzweigung erhalten und den Hauptstamm hier.
Aber hier macht man schnell einen Fehler.
Dann wäre das Tier gelähmt.
Denn das ist die Fluoreszenz des Peptids, das den Nerv kennzeichnet.
Der Nerv selbst schlägt einen Zickzackkurs ein und dringt hier tief in den Tumor ein.
Und das hätte man aufgrund der einfachen Lichtreflektion nicht erkannt.
Deshalb kombinieren wir das mit dem Pseudofarbmodus.
Zur Unterscheidung verwenden wir eine unterschiedliche Wellenlänge, dazu ist Blau gut.
Und das Blaugrüne ist das, was wir erhalten möchten.
Und das Grüne ist das, das wir heraustrennen wollen, okay?
Das macht es ziemlich einfach.
Hier ist ein praktischeres Beispiel, ein Beispiel aus der klinischen Praxis zu sehen, nämlich der Schwellkörpernerv der Ratte.
Was Sie hier sehen, ist der Schwellkörpernerv.
Wenigstens ungefähr die Hälfte des Publikums hier dürfte ihn kennen, weil er für die männliche Erektion zuständig ist.
Aber genau das ist die große Gefahr bei Prostatakrebsoperationen, wenn die Prostata aus Versehen beschädigt wird.
Die Prostata muss entfernt werden,
aber dabei können auch die durch die Prostata verlaufenden Nerven sehr schnell beschädigt werden.
Sehen Sie die Nerven hier?
Ich vermutete, dass das sehr schwierig ist.
Das hier ist eine Ratte.
Sie sehen die dort verlaufenden Nerven.
Wenn die Fluoreszenzbeleuchtung aktiviert ist, sieht man hier den ganz praktischen Vorteil.
Mit dem synthetischen Kontrastmechanismus für klinische Anwendungen
haben wir heute bereits einen Mechanismus der spaltungsaktivierten Aufnahme,
der Kontrastmittel für die optische Darstellung liefert.
Ich habe Ihnen keine Magnetresonanztomographie gezeigt, aber es funktioniert für MRT und chemotherapeutische Medikamente.
Und auch wenn ich hier die metastatische Fähigkeit betont habe, lassen sich so auch durch Umschaltung auf andere Enzyme,
wie beispielsweise Thrombin für die Thrombose, andere biologische Prozesse und Krankheitsprozesse verfolgen.
Das auf Nerven abzielende Peptid repräsentiert ein komplementäres, nicht-verstärkendes Labelling,
das zwar komplementär ist, wie Sie sehen, aber einem völlig anderen Mechanismus folgt.
Hier liegt jeweils ein unerwünschter Gewebehintergrund vor.
Und wenn ich ehrlich bin, wäre alles wesentlich einfacher, wenn mir GFP zur Verfügung stünde.
Ich hätte einen wesentlichen klareren Hintergrund, eine höhere Spezifität.
Aber das ist nicht der Fall, ich kann GFP hier nicht einsetzen … mir steht die Technologie mit GFP einfach nicht zur Verfügung.
Aber die früheste klinische Anwendung wird die bildgesteuerte Chirurgie sein.
Der pharmazeutische Wirkstofftransport wird schwierig sein, weil ein Background-Labelling entsteht.
Und hier ist zu sehen, dass der Farbstoff in die falsche Position geht.
Aber es ist wichtig, in vivo und direkt mit Klinikern zusammenzuarbeiten.
Nun zur zweiten Hälfte meines Vortrags.
Es tut mir leid, dass ich in Verzug bin.
Aber die Hypothese, mit der ich mich beschäftigen möchte
und die anscheinend mit der ersten Hälfte des Vortrages überhaupt nichts zu tun hat,
ist die Tatsache, dass lebenslange Erinnerungen quasi als Lochmuster im perineuronalen Netz, dem PNN, gespeichert werden,
eine ziemlich seltsame, spezialisierten Form der extrazellularen Matrix,
die während kritischer Perioden im Gehirn rund um ausgewählte Neuronen abgelagert wird.
Und das PNN wird dort durch Löcher unterbrochen, an denen Synapsen auftreten.
Und das ist das Entscheidende.
Wo große Öffnungen im PNN bestehen, können natürlicherweise starke Synapsen hergestellt werden,
weil eine große Oberfläche zur Verfügung steht.
Schmale Öffnungen sorgen dafür, dass nur schwache Verbindungen entstehen.
Fehlende Löcher machen Verbindungen unmöglich.
Und deshalb dient das PNN quasi als Lochkarte in … nun ich weiß nicht,
wie viele - vielleicht können Sie sich als jüngere Menschen gar nicht an Lochkarten erinnern.
Aber die älteren Leute hier können das bestimmt.
Das gehörte zu der ältesten Form des Computerspeichers.
Aber natürlich ist das dreidimensional.
Die Stabilität der synaptischen Übertragungsstärke ist für den Gedächtniszustand das,
was das Gedächtnis tatsächlich von Moment zu Moment abspeichert.
Aber das, so meine These, kommt von der Stabilität des PNN.
Und der großartige Vorteil des PNN ist der, dass seine Moleküle ohne Fluktuation ein Leben lang bestehen können,
während sich die synaptischen Hintergrundmoleküle
aufgrund von Proteasom, Ubiquitin-Signalwegen, Autosomen, Phagasomen usw. alle paar Tage umsetzen.
Es gibt also heute keinen Grund, einen Kopiermechanismus vorauszusetzen, der die Informationen erhält,
die wir hunderte oder tausende Male kopieren müssten, wenn wir uns auf die synaptischen Makromoleküle stützen würden.
Und im Gegensatz zu intrazellulären Proteinen mangelt es der extrazellulären Matrix
an einem automatischen Umsatz wie dem Ubiquitin-System usw.
Natürlich kann sie abgebaut werden und dann muss man auf synapsen-spezifische Proteasen zurückgreifen.
Das hier sind also die Struktur und die Biochemie, ein Teil des perineuronalen Netzes.
Es ist ein komplexes Netzwerk, das aus diesen speziellen Bestandteilen besteht, Aggrecan, Versican, Neurocan usw.
Hyalronan und alle hängen an beiden Stellen an der Plasmamembran, außer dort, wo Synapsen vorkommen.
Und dann hat man eine Synapse.
Die PNN sind von Synapsen ausgeschlossen.
Wo eine Synapse besteht, gibt es kein PNN, wie wir anhand dieser kürzlich entstandenen Aufnahme erkennen können.
Tatsächlich wird die Existenz des PNN in der Neurobiologie bis hin zurück zu Ramón y Cajal als normal angenommen.
Er hat die Dinge immer zuerst herausgefunden.
Hier sehen Sie eine stärkere elektronenmikroskopische Aufnahme eines kortikalen Neurons.
Und man kann sehen, wie hier eine gepunktete, dunkle Ablage entsteht,
gut eingefärbt mit einer starken Ablagerung von Diaminobenzidin. Das ist das PNN.
Und dort in den Lücken zwischen dem PNN sind die Synapsen, wie hier zu sehen ist.
Das ist ein präsynaptisches Axon, eine Synapse mit postsynaptischer Dichte, umgeben von PNN.
Meine Metapher ist also – und das ist eine verführerische Metapher –,
dass die Synapse wie ein Tor zwischen den Zellen fungiert. Okay?
Diese Zelle hier und auf der anderen Seite eine andere Zelle.
Aber das PNN ist wie die Mauer, in die das Tor eingefügt ist.
Und was hält die exakte Position des Tors aufrecht?
Nun, Sie sehen hier diese enormen Aktivitäten und all die Menschen, die das Tor passieren.
Es ist übrigens das Damaskustor in Jerusalem. Der Abend naht.
Aber was bleibt, sind Position und Größe des Tors.
Was erinnert daran, wo sich das Tor befinden sollte?
Die Steinmauer.
Wir sollten die Steinmauer nicht vergessen, solange sie nicht von Maurern verändert wird.
Nun gibt es wohl einige Anzeichen dafür, dass interzelluläre Proteine nicht so lange bestehen.
Als ob wir diese Nachweise gebraucht hätten!
Die kortikalen Neuronen einer Ratte oder deren synaptische Proteine
haben alle eine einheitliche Halbwertzeit von einigen wenigen Tagen.
Und nur sehr gelegentlich gibt es diese langlebigen Exemplare.
Und in diesem Beispiel waren dies die extrazellulären Aggregationsproteine.
Wir haben begonnen, die Lebensdauer des PNN zu messen, was nie vorher gemacht worden war.
Und bisher haben wir nur 180 Tage, 6 Monate erreicht.
Die Experimente laufen für längere Zeiträume weiter.
Aber wenn man ein solches Experiment wie dieses durchführt, zieht man sie auf Nitrogen 15 heran, bis sie junge Erwachsene sind.
Und dann stellt man sie für eine längere Zeit, etwa 6 Monate, auf Nitrogen 14 um und dann tötet man sie.
Und was passiert?
Sie sehen, dass die gesamten synaptischen … das PNN ist noch stark und zeigt, dass es bereits früh statuiert wurde, bis zu P45.
Und dann bleibt es dort bestehen, das exakte Isotopenverhältnis, bis man das gealterte Tier überprüft.
Oder man kann das Experiment umgekehrt durchführen, wobei natürlich die synaptischen Proteine,
die konventionellen synaptischen Proteine das Isotop nicht halten können, wenn man das kontrolliert.
Sie spülen das Isotop innerhalb weniger Tage heraus.
Das geht nicht ganz so schnell, wie ich das in der vorherigen Folie gezeigt habe,
und zwar aufgrund der Einschränkungen bezüglich der Arbeit mit ganzen Tieren.
Der Isotopenzerfall bei ganzen Tieren verläuft etwas langsamer.
Man wird schließlich die Möglichkeit haben, Leichenproben von Menschen mit Hilfe von Nitrogen zu untersuchen …
die Kohlenstoff-14-Rückstände nach den Atombombentests im Rahmen des Atomteststoppabkommen 1963.
Das war ein wunderbares Naturexperiment mit radioaktivem Labelling aller Lebewesen auf Erden.
Es ist möglich, das Experiment zu wiederholen.
Aber das müssen wir noch ausprobieren.
Wir wollen es bald in die Tat umsetzen.
In Bezug auf den vorgeschlagenen molekularen Gedächtnismechanismus liste ich hier 4 Mechanismen auf.
Die 3 aktuellen Modelle in der Fachliteratur sind John Lisman: CaM-Kinase 2, Todd Sacktor:
PKMzeta, und Eric Kandel, ein anderer Nobelpreisträger, der CEPB vorgeschlagen hat.
Alle bis heute vorgeschlagenen Proteine befanden sich innerhalb des postsynaptischen Bereichs,
während ich behaupte, dass wir sie außerhalb der Synapse suchen sollten.
Sie weisen alle eine unterschiedliche synaptische Aktivierung auf.
Und ich habe hier nicht die Zeit, darauf einzugehen.
Aber damit sie sich selbst immer wieder und immer wieder kopieren können,
müssen sie aufgrund der kurzen Halbwertzeit
und der langfristigen Informationsspeicherung diese unterschiedlichen komplexen Mechanismen anregen.
Die Essenz dieser Idee ist, dass ich ein Protein postuliere, das sich nicht kopieren muss, weil es sich nicht umsetzt.
Und dies ist übrigens auch eine Erklärung für kritische Perioden,
weil bis zu dem Zeitpunkt, wo die Proteine gebildet werden, nichts zur Speicherung vorhanden ist.
Es ist keine Speicherung möglich, bis ein Labelling erfolgt und der Umsatz gestoppt wird.
Die Literaturbelege für den proteolytischen Abbau … nun, wir haben dazu nichts beigetragen.
Es gibt in der Literatur bereits Proteasen wie (gut geraten!) MMP9 (wie langweilig),
die als Reaktion auf die synaptische Aktivität lokal translatiert und abgesondert werden.
Die lokale Aufblähung von MMP9 auf Dornfortsätzen kann das Wachstum von Dornfortsätzen,
ihre Vergrößerung und Potenzierung nachahmen.
Hier sind ein paar Neuheiten zu sehen.
Globale Disruption mit Chondroitinase.
Die Verwendung einiger unterschiedlicher Enzyme des PNN kann kritische Perioden neu eröffnen.
Nun, es ist oder war zumindest in der Literatur bekannt,
dass die okulare Dominanzperiode bei einem Erwachsenen nicht verändert werden kann,
es sei denn, man setzt dieses Enzym für einen kurzen Zeitraum ein,
zerkleinert die alte extrazelluläre Matrix und ermöglicht es dem Tier, das synaptische… das PNN wiederherzustellen.
Während dieser Periode kann man ihre Augen erneut untersuchen und die okularen Dominanzstreifen wiederherstellen.
Und man vermutet schließlich, dass Inhibitoren die Potenzierung blockieren.
Nun, ich weiß nicht, ob MMPs tatsächlich so wesentlich oder grundlegend sind,
sie haben aber einfach die meisten Reagenzien, die man kaufen kann.
Auch andere Enzyme können wichtig sein.
Aber ich bin davon überzeugt, dass eine Kombination von Enzymen erforderlich ist.
Wir wünschen uns natürlich, dass wir spezielle Erinnerungen direkt implantieren oder löschen könnten.
Aber dazu müsste man wissen, wie das noch kompliziertere Problem… grundsätzlich funktioniert,
nämlich wie die synaptische Aktivität Erfahrungen verschlüsselt.
Aber das ist für uns ein zu großes Problem, ein gewaltiges Problem, um es zu lösen.
Also beschränke ich mich auf die Beobachtung der stabilen Informationsspeicherung,
die wir als Schreiben und Lesen kennen.
Das ist das, was wir als Informationsspeicherung in nicht- flüchtigem Format bezeichnen.
Und das ist wesentlich für die Stabilität und die Zivilisation.
Deshalb gibt es einen Prozess des Schreibens und Lesens.
Und deshalb versuchen wir nicht, uns auf die rein mündliche Übertragung von Generation zu Generation zu beschränken.
Ich möchte anmerken, dass Sie sicherlich nicht denken, dass die Herstellung von Löchern eine gute Form der Speicherung ist.
Aber bedenken Sie, dass die unkompliziertesten dauerhaften Speichermedien Medien wie Tontafeln oder Steingravuren
oder selbst das Abreißen einer Eintrittskarte im Theater sind.
Sie müssen unverzüglich und fälschungssicher nachweisen, dass Sie das Ticket benutzt haben.
Das wird einfach abgerissen.
Und das ist es dann… Da braucht es keinen komplizierten Mechanismus,
man braucht nicht lernen, wie man schreibt, man braucht keine Stifte.
Man reißt einfach ab.
Natürlich stimmt das mit der klinischen Beobachtung überein,
dass frühe Erinnerungen besser, oft besser erhalten bleiben als in jüngster Zeit gebildete Erinnerungen,
was damit zu tun hat, dass daran jeweils ein anderes System beteiligt ist.
Ich sage also nicht, dass dies der einzige Mechanismus ist, aber ich denke,
er sollte ergänzend zu den traditionellen, traditionelleren intrasynaptischen Erinnerungen in Erwägung gezogen werden.
Ich hoffe, Ihnen vermittelt haben zu können,
dass die extrazelluläre Matrix auch ein vernachlässigtes Thema ist, das mehr Aufmerksamkeit verdient.
Und wir haben immer gedacht, dass es so langweilig wäre.
Dabei könnte es so interessant sein.
Vielen Dank.
Applaus.