Cell-type specific optogenetic manipulation for characterizing the role of inhibitory interneurons in motor cortex of non-transgenic animals

• Applicants: Professor Dr. Christian Buchholz; Professorin Dr. Ilka Diester; Professor Dr. Pascal Fries; Professor Dr. Konstantin Khodosevich; Professorin Dr. Hannah Monyer
• Subject Area: Molecular Biology and Physiology of Neurons and Glial Cells ; Cognitive, Systems and Behavioural Neurobiology
• Term: from 2013 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 237887746

• Final Report Year: 2019

Final Report Abstract

In diesem Projekt wurde untersucht, wie ein bestimmter Neuronentyp, nämlich inhibitorische Interneurone, spezifisch angesteuert werden können. Dazu kamen neuartige Techniken zur Untersuchung genetischer Profile in einzelnen Zellen sowie virologische Techniken (sogenannte DARPINs) zum Einsatz. Zusätzlich kamen optogenetische Techniken in zwei verschiedenen Anwendungen zum Einsatz. (1) Die optogenetische Stimulation eines bestimmten Neuronentyps führte zu einem selektiven Anstieg neuronaler Oszillationen in einem Frequenzband, welches mit kognitiver Kontrolle in Zusammenhang steht. (2) Optogenetische Inhibition bestimmter präfrontaler Areale führte sehr spezifischen Effekten der Aktionskontrolle. Zusammengefasst zeigen diese Anwendungen zeigen das Potential der Technik. In zukünftigen Arbeiten sollen ähnliche Untersuchungen in inhibitorischen Neuronen durchgeführt werden.

Publications

• (2015) Off-target-free gene delivery by affinity-purified receptor-targeted viral vectors. Nature Communications 6:6246
  Münch RC, Muth A, Muik A, Friedel T, Schmatz J, Dreier B, Trkola A, Plückthun A, Büning H, Buchholz CJ
  
• (2016) Gamma-Rhythmic Gain Modulation. Neuron 92:240-251
  Ni J, Wunderle T, Lewis CM, Desimone R, Diester I, Fries P
  
• (2017) A Functional Gradient in the Rodent Prefrontal Cortex Supports Behavioral Inhibition, Current Biology 27, 1–7
  Hardung S., Epple R., Jaeckel Z., Eriksson D., Uran C., Senn V., Gibor L., Yizhar O., Diester I
  
• (2017), A toolbox for optophysiological experiments in freely moving rats. Front. Sys. Neurosci.
  Hardung S, Alyahyay M, Eriksson D, Diester I
  
• (2017). Serotonergic projections govern postnatal neuroblast migration in vertebrates. Neuron, 94(3): 534-49
  García-González D., Khodosevich K., Watanabe Y., Rollenhagen A., Lubke J., Monyer H.
  
• (2018) U-Net: deep learning for cell counting, detection and morphometrie. Nature Methods. 16: 67–70
  Thorsten Falk, Dominic Mai, Robert Bensch, Özgün Çiçek1, Ahmed Abdulkadir, Yassine Marrakchi, Anton Böhm, Jan Deubner, Zoe Jäckel, Katharina Seiwald, Alexander Dovzhenko, Olaf Tietz, Cristina Dal Bosco, Sean Walsh, Deniz Saltukoglu, Tuan Leng Tay, Marco Prinz, Klaus Palme, Matias Simons, Ilka Diester, Thomas Brox and Olaf Ronneberger
  
• (2019) Optogenetic approaches to study the mammalian brain. Curr Opin Struct Biol. 57:157-163
  Jan Deubner, Philippe Coulon, and Ilka Diester
  
• (2019), GluA4-targeted AAV vectors deliver genes selectively to interneurons while relying onthe AAV receptor for entry. Molecular Therapy - Methods & Clinical Development. 14:252-260
  Hartmann J, Thalheimer F, Höpfner F, Kerzel T, Khodosevich K, García-González D, Monyer H, Diester I, Büning H, Carette JE, Fries P, Buchholz CJ