Bedeutung CNP-induzierter cGMP-Signale für die neurale Differenzierung und funktionelle Integration

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Hannes Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsneurobiologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 234406232

Die durch Bindung von Natriuretischem Peptid C (CNP) an seinen Rezeptor Guanylatzyklase-B (GC-B) aktivierte cGMP-Signalkaskade ist an der Steuerung einer bemerkenswerten Vielfalt physiologischer Funktionen beteiligt. Untersuchungen unserer Gruppe zeigen, dass der CNP, GC-B und cGMP-abhängige Kinase I alpha (cGKI alpha) umfassende Signalweg während der Embryonalentwicklung eine entscheidende Rolle bei der Bifurkation der Axone von Spinalganglienneuronen an der Dorsalwurzeleingangszone des Rückenmarks spielt. Während der ersten Förderperiode generierten wir eine GC-B-LacZ-Reporter-Maus-Linie zur Expressions-Kartierung und eine GC-B-CreERT2-Maus-Linie, die in Kombination mit geeigneten konditionalen Reporterstämmen die Visualisierung individueller, GC-B-exprimierender Neurone ermöglicht. Die Analyse dieser Mausmodelle zeigte, dass die CNP/GC-B/cGKI alpha-Signalkaskade analog zu DRG-Neuronen auch die axonale Bifurkation der Neurone kranialer sensorischer Ganglien am embryonalen Stammhirn steuert. Die Untersuchung der Expressionsmuster von CNP und GC-B im zentralen Nervensystem mittels der entsprechenden LacZ-Reporter-Stämme ergab eine interessante Verteilung des Liganden und seines Rezeptors im Hippocampus, einer an der Gedächtnisbildung beteiligten Hirnstruktur, die auch als Ort adulter Neurogenese bekannt ist. Wir bestimmten die Identität der CNP- bzw. GC-B-exprimierenden neuronalen Subpopulationen im Hippocampus und den zeitlichen Verlauf dieser Expressionsmuster. Dabei beobachteten wir mit zunehmendem Alter eine Abnahme der Zahl GC-B-exprimierender Körnerzellen (DGCs) im Hippocampus. Immunfärbungen von Hirnschnitten aus GC-B-LacZ-Mäusen nach Gabe von BrdU ermöglichten den Nachweis der Bildung von GC-B-positiven DGC auch im adulten Gehirn. Weiterhin etablierten wir einen genetischen Ansatz zur Fluoreszenz-Markierung GC-B-positiver DGCs mit dem Ziel, deren elektrophysiologische und strukturelle Eigenschaften zu charakterisieren. Die vorläufigen Ergebnisse dieser Messungen deuten auf eine Rolle von GC-B bei der Steuerung der Erregbarkeit von DGCs hin. Wir planen, diese Studien fortzusetzen und durch Verhaltenstests zu ergänzen. Zu diesem Zweck haben wir ein konditionales Mausmodell generiert, das eine gewebsspezifische Inaktivierung von GC-B ermöglicht und in Zusammenarbeit mit anderen Teilprojekten der Forschergruppe ebenfalls bei der Untersuchung der Funktion von GC-B im auditorischen System und bei der Schmerzwahrnehmung von Nutzen sein wird. Ein Vergleich der Expressionsprofile gentechnisch markierter Zellen aus GC-B-heterozygoten und GC-B-homozygot defizienten Tieren wird der Identifizierung weiterer Komponenten des cGMP-Signalwegs in GC-B-positiven Neuronen sowie cGMP-abhängiger transkriptioneller Programme dienen. Diese Untersuchungen dienen der weiteren Aufklärung der Rolle von GC-B für Prozesse des neuronalen Wachstums und der synaptischen Integration und dem besseren Verständnis der neurologischen Konsequenzen gestörter cGMP-Signale.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2060: Bedeutung des Signalträgers cGMP für die Regulation von Zellwachstum und Zellvitalität