TED, eine neue Methode für die Analyze intrazellulärer Ca2+ Speicher in hippocampalen Netzwerken und zur Analyse der Funktion von Ca2+ Speichern in Neurotrophin Signalkaskaden

• Antragsteller: Professor Dr. Robert Blum
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 194101929

Kalziumsignale, die durch das Neurotrophin BDNF induziert werden, spielen bei synaptischer Plastizität, Lernen und Gedächtnis eine herausragende Rolle. Jedoch ist das Zusammenspiel von BDNF-induzierten Kalziumsignalkaskaden ungenau definiert. Diese Signalkaskaden beinhalten Kalziumfreisetzung aus dem endoplasmatischen Retikulum (ER), schnellen Kalziumeinstrom, und die Modulation neuronaler Erregbarkeit. In der ersten Förderperiode haben wir das TED-Verfahren verbessert. Die Methode wurde in unserer Gruppe entwickelt, um die Analyse schneller ER Kalziumdynamik zu ermöglichen. TED basiert auf der Überexpression einer Carboxylesterase (CES2) im Lumen des ERs. Die Esterase setzt im ER niedrig-affine, synthetische Kalziumindikatoren frei. Es bildet sich daraufhin ein hydrophiler fluoreszierender Farbstoff/Ca2+-Komplex, der im ER Lumen eingefangen wird. Die Methode erlaubt direkte Messung von ER Kalziumtransienten mit einer hohen zeitlich-räumlichen Auflösung. Wir haben ein transgenes Mausmodel entwickelt, tg(Thy1-RedCES2), um TED-basierte ER Kalziumanalyse bildgebend (imaging) im hippokampalen Netzwerk zu ermöglichen. Das Ziel des hier beantragten Projektes ist es TED-basiertes ER Kalziumimaging mit Hilfe des Mausmodels tg(Thy1-RedCES2) zu optimieren, um das zeitlich-räumlichen Zusammenspiel von BDNF-abhängiger Kalziumsignalgebung im Hippokampus zu beschreiben und zugehörige homöostatische Kalziumflüsse zu charakterisieren. Wir werden den Fokus auf CA3 Pyramidenneuronen und das Stratum lucidum legen, ein Modellsystem, um prä- und postsynaptische, schnelle und langsame BDNF Signalgebung bei der synaptischen Transmission zu untersuchen. Elektrische Stimulation und akute Agonist-Applikation werden zeitlich-räumliche Eigenschaften neuronaler Kalziumspeicher verdeutlichen. Versuche an hippokampalen Neuronen werden grundsätzliche Informationen über die Eigenschaften schneller versus langsamer BDNF-Signalwege liefern. Die Arbeitshypothese ist, dass BDNF somato-dendritische Kalziumfreisetzung über den TrkB-PLCgamma Weg (Sekunden) induziert, aber schnelle (Millisekunden) BDNF/TrkB/Nav1.9-abhängige Kalziumeinströme an Postsynapsen induziert. TrkB, der BDNF-Rezeptor, ist in der präsynaptischen Moosfaserterminale reichlich vorhanden. Aus diesem Grund fragen wir, ob präsynaptische ER Kalziumfreisetzung in Moosfaserterminalen durch BDNF/TrkB induziert wird. Schließlich folgen wir unserem Befund, dass TrkB und Nav1.9 nicht nur an schnellen BDNF-vermittelten postsynaptischen Antworten beteiligt ist, sondern auch axonale oder präsynaptische Erregbarkeit vermitteln. Das Projekt beabsichtigt Grundlagen über neuronale ER Kalziumspeicher zu erarbeiten. Zudem erwarten wir ein besseres Verständnis BDNF-abhängiger Kalziumsignalgebung in Neuronen und an Synapsen. Dies ist von Bedeutung, weil BDNF Signalkaskaden ein wichtiges Zielobjekt in Forschungsarbeiten zum besseren Verständnis und Therapie neurologischer, als auch psychiatrischer Erkrankungen darstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen