2-Photonen Mikroskopie Plattform: 2-Photonenmikroskop zur hochauflösenden Mikroskopie inkl. Laserpaket
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die im Rahmen dieses Großgeräteantrages akquirierten bildgebenden Geräte ermöglichen aufgrund ihrer Versatilität für bildgebende Experimente sowohl in Einzelneuronen, als auch in akuten Hirnschnitten sowie im lebenden Nager eine Vielzahl von neuen Forschungsansätzen. Dies beginnt bei der Visualisierung und Quantifizierung von Nervenzellen, welche mit einem lichtaktivierbaren Ionenkanal transduziert wurden, hier konnte evaluiert werden, inwieweit die Methode der Optogenetik einer physiologischen Aktivierung des neuronalen Netzwerkes ähnelt. In lebenden Neuronen in Einzelkultur konnte zeitlich aufgelöst die Abhängigkeit der Aufnahme von bioaktiven Lipiden von der Anwesenheit von spezifischen Membranrezeptoren aufgelöst werden. Im lebenden Tier konnte durch die angeschafften Geräte die funktionelle Relevanz eines Rezeptors für bioaktive Lipide (PRG-2) durch die Methode des „Intrinsic Optical Imaging“ gezeigt werden, dies führte zum erfolgreichen Abschluss einer erst kürzlich hochrangig publizierten Studie. Dabei zeigte sich, dass ein Fehlen dieses Rezeptors die räumliche Ausdehnung der neuronalen Aktivierung durch einen sensorischen Reiz signifikant vergrößert, somit die Spezifität der neuronalen Repräsentation eines Reizes reduziert. Darüber hinaus wurden erfolgreich hochinnovative Ansätze der Kombination von funktioneller Bildgebung in vivo mit Einzelzellauflösung mittels der Methodik der Kalziumbildgebung mit der optischen Manipulation neuronaler Aktivität (Optogenetik) entwickelt, welche aufgrund der nötigen Methodenentwicklung zwar noch nicht publikatorisch sichtbar sind, jedoch schon zu einer erfolgreichen Akquise von hochkompetitiven EU Mitteln geführt haben, im Rahmen des „Eurostars“ Programms. Durch die Kombination von Bildgebung und Manipulation konnte innerhalb des SFBs 1080 erstmalig kausal der Beitrag der adulten Neurogenese für die Verarbeitung von sensorischen Reizen im olfaktorischen Bulbus der Maus in vivo gezeigt werden. Dies wurde nur durch die dezidierte Konfiguration der Mikroskope möglich, die Studie ist abgeschlossen. Gleiches gilt für Ansätze, mittels der 2-Photonen Kalziumbildgebung in der Hirnrinde der lebenden Maus frühe Veränderungen der Netzwerkaktivität in Modellen schwerster Erkrankungen wie der Multiplen Sklerose, des Morbus Huntington sowie des Morbus Alzheimer aufzulösen. So gelang es in allen drei Krankheitsmodellen, durch die Verwendung der zugleich schnellen und sensitiven 2-Photonenmikroskope, charakteristische dysregulierte Netzwerkmuster zu erkennen. Die große Relevanz dieser Ergebnisse spiegelt sich jedoch schon jetzt in einer Vielzahl von eingeladenen Vorträgen auf internationalen Konferenzen wider. Auch bilden die dezidierten Mikroskope die Grundlage mehrerer gerade erfolgreich eingeworbener Projekte innerhalb des neuen SFBs zur Resilienz (SFB 1193) sowie eines Transregios zur Multiplen Sklerose (TR 128).
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Assessing sensory versus optogenetic network activation by combining (o)fMRI with optical Ca2+ recordings. J Cereb Blood Flow Metab. 2015 Nov 30
Schmid F, Wachsmuth L, Schwalm M, Prouvot PH, Jubal ER, Fois C, Pramanik G, Zimmer C, Faber C, Stroh A
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Molecular cause and functional impact of altered synaptic lipid signaling due to a prg-1 gene SNP. EMBO Mol Med. 2015 Dec 15;8(1):25-38
Vogt J, Yang JW, Mobascher A, Cheng J, Li Y, Liu X, Baumgart J, Thalman C, Kirischuk S, Unichenko P, Horta G, Radyushkin K, Stroh A, Richers S, Sahragard N, Distler U, Tenzer S, Qiao L, Lieb K, Tüscher O, Binder H, Ferreiros N, Tegeder I, Morris AJ, Gropa S, Nürnberg P, Toliat MR, Winterer G, Luhmann HJ, Huai J, Nitsch R
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Plasticity-Related Gene 1 Affects Mouse Barrel Cortex Function via Strengthening of Glutamatergic Thalamocortical Transmission. Cereb Cortex. 2016 Jul;26(7):3260-72
Unichenko P, Kirischuk S, Yang JW, Baumgart J, Roskoden T, Schneider P, Sommer A, Horta G, Radyushkin K, Nitsch R, Vogt J, Luhmann HJ
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Precise Somatotopic Thalamocortical Axon Guidance Depends on LPA-Mediated PRG- 2/Radixin Signaling. Neuron. 2016 Oct 5;92(1):126-142
Cheng J, Sahani S, Hausrat TJ, Yang JW, Ji H, Schmarowski N, Endle H, Liu X, Li Y, Böttche R, Radyushkin K, Maric HM, Hoerder-Suabedissen A, Molnár Z, Prouvot PH, Trimbuch T, Ninnemann O, Huai J, Fan W, Visentin B, Sabbadini R, Strømgaard K, Stroh A, Luhmann HJ, Kneussel M, Nitsch R, Vogt J
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PRG-1 Regulates Synaptic Plasticity via Intracellular PP2A/β1-Integrin Signaling. Dev Cell. 2016 Aug 8;38(3):275-90
Liu X, Huai J, Endle H, Schlüter L, Fan W, Li Y, Richers S, Yurugi H, Rajalingam K, Ji H, Cheng H, Rister B, Horta G, Baumgart J, Berger H, Laube G, Schmitt U, Schmeisser MJ, Boeckers TM, Tenzer S, Vlachos A, Deller T, Nitsch R, Vogt J
