Entstehung neuer Nerven im Innenohr von adulten Zebrafischen in Homöostase und Regeneration

• Antragsteller: Dr. Stefan Hans
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsneurobiologie ; Entwicklungsbiologie ; Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 256131635

Sensorineuraler Hörverlust hat seinen Ursprung im Innenohr und ist die am häufigsten auftretende Form des Hörverlusts mit Millionen betroffener Menschen weltweit. In Menschen und anderen Säugetieren werden die zugrundeliegenden Zelltypen des Innenohrs (Haarsinneszellen und Nerven) nur während der Embryonalentwicklung gebildet. Spätere Schädigungen können nicht repariert werden und resultieren in irreversibler Taubheit. Im Gegensatz dazu besitzen Zebrafische eine lebenslange Neurogenese und zeigen eine robuste Regeneration nach einer Läsion. Ziel des Projekts ist es, Gene zu identifizieren, die der Neurogenese des Innenohrs während der Homöostase und Regeneration zugrunde liegen. In der ersten Förderperiode führten wir eine Transkriptomanalyse durch, die Zellen in frühen Entwicklungsstadien der Innenohrentwicklung abbilden, und einen Datensatz generiert, der die durch den Kompetenzfaktor Dlx3b/4b regulierten Gene enthält. Neben zahlreichen neuen Genen identifizieren wir ein Atoh1b-abhängiges Modul, das stromabwärts von Dlx3b/4b wirkt. Im adulten Zebrafisch haben wir die Anatomie und die zelluläre Zusammensetzung des statoakustischen Ganglions (SAG) charakterisiert, das sensorische Ganglion, welches das Innenohr mit dem Gehirn verbindet. Wir finden, dass Zebrafische, im Gegensatz zu Säugetieren, auch im peripheren Nervensystem lebenslang neue Neurone bilden, und dass diese Neuronen aus einem Neurod-positiven Vorläuferpool gespeist werden. Darüber hinaus wird der Neurod-positive Vorläuferpool nicht erschöpft, sondern durch eine proliferierende, aber bisher Marker-negative Stammzellpopulation aufgefüllt. Obwohl die Proliferationsaktivität des Neurod-positiven Vorläuferpools im Erwachsenenalter massiv nachlässt, kann eine mechanische Verletzung des SAG, diese wieder entfachen, was zur Erzeugung neuer Neurone und einer robusten Regeneration führt. Unsere Einzelzelltranskriptomanalyse liefert erste Einblicke in die Natur der Stammzellpopulation sowie deren Differenzierungsprotokoll innerhalb des Zebrafisch SAGs. Schließlich entwickelten wir Cre-Controlled CRISPR (3C) als einfache Methode zur konditionellen Geninaktivierung, die Studien zum Funktionsverlust im Erwachsenenstadium ermöglicht. In der zweiten Förderperiode werden wir uns auf die Stammzellpopulation im SAG konzentrieren. Wir werden die Identität der Stammzellpopulation bestimmen, die während der Homöostase und Regeneration neue Neuronen hervorbringt, und sie mithilfe von Transkriptomanalyse, Immunhistochemie und Cre-vermittelter Zellschicksalsstudien charakterisieren. Darüber hinaus werden wir mit unserem neuen 3C-System den Beitrag identifizierter Gene zur Produktion neuer Neuronen untersuchen. Die Charakterisierung der molekularen und zellulären Grundlagen der adulten Innenohrneurogenese bei Zebrafischen wird vergleichende Studien mit Säugetierarten ermöglichen, die wertvolle Einblicke in die Entwicklung von Therapien für die Taubheit des Menschen liefern könnten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen