Ein verborgenes Leuchten im Gehirn
Das Projekt PhotonSignaling geht der Hypothese nach, dass bestimmte Neuronen im Gehirn von Säugetieren möglicherweise in der Lage sind, selbst Licht zu erzeugen – und dieses intern wahrzunehmen. Während Säugetiere lichtempfindliche Opsin-Proteine im Auge für das Sehen nutzen, verfügen sie auch über sogenannte „nicht-visuelle“ Opsine in tiefen Geweben wie dem Gehirn. Doch Umgebungslicht kann diese Bereiche aufgrund von Haaren, Haut, Knochen und Gewebe kaum erreichen – warum also existieren dort überhaupt lichtsensitive Proteine?
Cui vermutet, dass diese Opsine durch einen internen Mechanismus aktiviert werden könnten: lichtgenerierende chemische Reaktionen, die durch reaktive Sauerstoff- und Stickstoffspezies ausgelöst werden, welche Zellen im Rahmen ihrer Stoffwechselprozesse produzieren. Erste Untersuchungen seines Teams zeigen, wie diese Reaktionen Licht erzeugen – sogar in Zellen – und deuten darauf hin, dass sie tatsächlich nicht-visuelle Opsine in Neuronen von Mäusen aktivieren können.
Neue Einblicke für Biologie und Medizin
Mit Unterstützung des ERC-Grants will das Projekt PhotonSignaling genau erforschen, wie das vorgeschlagene „redox-photonische Signaling“ auf molekularer und zellulärer Ebene funktioniert, einschließlich der Frage, ob und wie Neuronen internes Licht zuverlässig für die Signalübertragung nutzen können und welche Auswirkungen ein solcher Mechanismus auf zelluläre Prozesse haben könnte. Sollte sich das Konzept bestätigen, könnte es unser Verständnis darüber, wie Zellen Stoffwechselzustände, oxidativen Stress oder Krankheiten wahrnehmen und darauf reagieren, grundlegend verändern – mit möglichen Folgen für die Neurobiologie, neurodegenerative Erkrankungen und sogar auf neue therapeutische Ansätze.
Mehr über die Arbeit von Jian Cui
Der ERC-Grant kommt zu einem Zeitpunkt, an dem Cuis Team die Möglichkeiten der Lichtdetektion für die zelluläre Bildgebung bereits erweitert hat. Im Juni 2025 präsentierten sie das neue Mikroskop „QIScope“, das auf der neu entwickelten Quanta-Image-Sensor-(QIS)-Technologie basiert und sehr schwache biolumineszente Signale (erzeugt durch Luciferase-Enzyme) in lebenden Zellen nachweisen kann. Im Vergleich zu bisherigen Spitzentechnologien bietet QIScope eine höhere Sensitivität, bessere Auflösung und ein größeres Sichtfeld und ermöglicht so den Nachweis seltener Proteine sowie die langfristige Beobachtung winziger Zellstrukturen wie Vesikeln.
Über die ERC Consolidator Grants
Die ERC Consolidator Grants unterstützen Forschende mit sieben bis zwölf Jahren Erfahrung nach der Promotion dabei, ihre eigene Arbeitsgruppe aufzubauen oder zu stärken, und stellen dafür bis zu zwei Millionen Euro über einen Zeitraum von fünf Jahren zur Verfügung.
