Funktionelle Spezialisierung von Neuroglia als kritische Determinanten für präzise neuronale Signalübertragung im auditorischen Hirnstamm

• Antragsteller: Dr. Jonathan Stephan
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 279540474

Der vorliegende Antrag befasst sich mit der Spezialisierung von Astrozyten hinsichtlich synaptischer Neurotransmission im auditorischen System von Säugern, in welchem die zeitliche Präzision fundamental für die Extraktion akustischer Signale ist. Hierzu wird die Astrozyten-Funktion in zwei auffälligen Hirnstammkernen untersucht, der Lateralen Superioren Olive (LSO) und dem Inferioren Colliculus (IC). Die neuronalen Verbindungen in die LSO, welche an der Schalllokalisation beteiligt ist, weisen ungewöhnliche Spezialisierungen auf, welche eine zeitlich sehr präzise Verarbeitung bis in den µs-Bereich ermöglichen. Im Gegensatz dazu wurden keine solche Spezialisierungen für den Eingang in den IC entdeckt, in welchem die zeitliche Verarbeitung viel länger braucht (ms bis hunderte ms). Wir vermuten, dass die Heterogenität zwischen der LSO und dem IC, die auf neuronaler Ebene festgestellt wurde, sich auch auf Ebene der Astrozyten wiederfindet. Zur Überprüfung dieser Hypothese werden wir die Astrozyten-Funktion hinsichtlich zweier wesentlicher Aspekte charakterisieren, der Neurotransmitteraufnahme und des spatial buffering. Die Neurotransmitteraufnahme wird hinsichtlich inhibitorischer Eingänge in beiden Kerne untersucht und die Rolle des astrozytären Glycin-Transporters GlyT1 und des GABA-Transporters GAT 3 analysiert. Dies beinhaltet elektrophysiologische Messungen von Astrozyten und Neuronen in Gewebeschnitten des Hirnstamms sowie eine akute pharmakologische Blockade, als auch einen genetischen Ansatz. Für letzteren werden wir GlyT1 und GAT 3 Astrozyten-spezifisch und Tamoxifen-induziert ausschalten, indem wir transgene GLASTCreERT2-Mäuse verwenden. Eine langanhaltende Aktivierung inhibitorischer Eingänge (> 21.000 Reize) wird ein wesentlicher Teil unseres Stimulationsansatzes sein und die Kinetik und Zuverlässigkeit der Antwort werden analysiert. Unterschiede im spatial buffering werden anhand synaptischer Transmission in Kir4.1 knock-out- und Cx43/30 Doppel-knock-out-Tieren untersucht, in welchen die 4.1 Untereinheit der einwärts-gleichrichtenden Kalium-Kanäle bzw. die interzelluläre Kopplung via gap junctions ausgeschaltet sind. Die spatial buffering-Experimente werden durch Na+ imaging-Experimente komplementiert. Um die Kern-spezifischen Eigenschaften der Transporter auf subzellulärer Ebene zu untersuchen, werden wir Immunogold-Färbungen und Elektronenmikroskopie durchführen, die die Lokalisation von GlyT1 und GAT 3 in der LSO und dem IC qualitativ und quantitativ bestimmen soll. Unser Forschungsprogramm verspricht, fundamentale Erkenntnisse bezüglich der bestimmenden Rolle der Astrozyten für die sehr hohe zeitliche Genauigkeit der synaptischen Neurotransmission zu liefern.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1608: Ultraschnelle Informationsübertragung und hohe zeitliche Präzision: normale und funktionsgestörte Hörmechanismen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Eckhard Friauf