Am Innovation Hub von Helmholtz Munich gehört er zu einer neuen Generation von „Pioneers“, die aus mutigen wissenschaftlichen Ideen konkrete Fortschritte für die Biologie und Medizin ableiten.

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 „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.