In vivo Analyse der Entwicklung und Funktion des asymmetrischen habenularen Neuralnetzes

• Antragsteller: Dr. Matthias Carl
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 246840679

Die Entwicklung des Nervensystems muss genau kontrolliert werden, da Fehlentwicklungen zumeist schwerwiegende Folgen für den Organismus haben. Neurone sind spezialisierte Zellen, deren Auswüchse (Axone) den Körper durchziehen und dabei von externen Signalen zu ihren Zielen geleitet werden, die sie präzise innervieren. Wir studieren das evolutionär konservierte habenulare Neuralnetz des transparenten Zebrafisches als Modellsystem, um die Entstehung und Funktion von neuralen Netzwerken verstehen zu lernen. Die Habenulae finden sich auf beiden Seiten des Vorderhirns und untergliedern sich in einen dorsalen und einen ventralen Teil (dHb und vHb). Markanterweise unterscheidet sich die dHb auf der linken von der auf der rechten Hirnseite bezüglich z.B. der Anzahl von Zellen bestimmter neuronaler Untergruppen. Die Neurone der dHb entwickeln sich aus Vorläuferzellen und wir entdeckten kürzlich einen Mechanismus, bei dem Wnt Signalgebung entscheidend das Entwicklungsprogramm dieser Vorläuferzellen steuert, was zur Asymmetrie der dHb führt. Der gleiche Signalweg bestimmt auch die Entstehung der vHb und wir planen den zu Grunde liegenden Mechanismus zu erforschen. Die habenularen Axone wachsen auf beiden Seiten des Gehirns scheinbar koordiniert in Richtung ihrer Ziele. Wir kombinieren auf 2-Photonenmikroskopie basierende Langzeitaufnahmen mit neu entwickelten Computerprogrammen, die es uns erlauben, die Netzwerkentstehung in 3-D zu visualisieren. Zusammen mit Laser Ablationen von Zellen können wir die entscheidenden Ereignisse während dieses Prozesses über 4 Tage studieren und gleichzeitig die funktionale Relevanz von Netzwerkbestandteilen ermitteln. Dabei gelang es uns nun ein zweites Neuralnetz bei der Entstehung zu filmen und zu zeigen, dass dieses von Axonen der dHb genutzt wird, um deren Wachstum über die Gehirnhälften hinweg zu koordinieren. Jetzt sind wir natürlich daran interessiert, welche Signalmoleküle für den interhemisphärischen Informationsfluss verantwortlich sind.Über die habenularen Axone werden olfaktorische und visuelle Reize in den Körper weitergeleitet, welches sich in Verhaltensmustern wie die Reaktion auf Gefahr und Belohnungen widerspiegelt. Fehlfunktionen lösen im Menschen pathophysiologische Krankheiten aus. Wir wissen jetzt, wie sich das Netzwerk im lebenden Organismus entwickelt und können definierte genetische oder physikalische Manipulationen der Asymmetry des Netzwerks vornehmen. Dies bringt uns in eine hervorragende Ausgangslage, um die axonalen Signalwege zu analysieren, die kognitive Reize vom Vorder- ins Mittel- und Hinterhirn weiterleiten. Wir beabsichtigen eine funktionale Projektionskarte zu etablieren, um die Konsequenzen von gerichteten Netzwerkmanipulationen zu studieren. Diese Arbeiten werden substanziell zum Verständnis der Netzwerkfunktion beitragen und helfen Einblicke darüber zu gewinnen, welche Gehirnhälfte unseres asymmetrischen Gehirns präferenziell zur Verarbeitung kognitiver Informationen genutzt wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen