Distanzabhängige synaptische Inhibition in hippokampalen neuronalen Netzwerken

• Antragstellerin: Professorin Dr. Marlene Bartos
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 283632177

Synaptische Interaktionen zwischen GABAergen inhibitorischen Zellen und glutamatergen exzitatorischen Prinzipalzellen (PCs) spielen eine zentrale Rolle in der Prozessierung von Informationen im Gehirn. Die dichten axonalen Verzweigungen von Interneuronen, insbesondere Parvalbumin (PV)-expremierender perisomatisch inhibierender Interneurone (PIIs), verteilen sich über große Distanzen. Sie kontrollieren mit ihren inhibitorischen Synapsen die elektrische Aktivität tausender von Ziel-PCs und tragen somit zur Prozessierung und Speichern von Information bei. Ob das inhibitorische synaptische Signal homogen im neuronalen Netz verteilt ist, um der vorgeschlagenen Funktion nachzukommen, ist allerdings weitgehend unbekannt. Unsere bisherigen Daten weisen darauf hin, dass die PII-vermittelte synaptische Inhibition im Gyrus Dentatus (DG) nicht wie bisher angenommen gleichmäßig schnell und stark im neuronalen Netzwerk verteilt ist, sondern durch eine deutliche Heterogenität ihrer funktionellen Eigenschaften gekennzeichnet ist. In der Tat ist diese Heterogenität zeitlich und räumlich geordnet. Wir zeigen erstmalig, dass die Eigenschaften der PII-vermittelten Inhibition von der axonalen Distanz zwischen kommunizierenden Partnern abhängen, mit starker/schneller Inhibition zu nahen Nachbarzellen und schwächerer/langsamerer Inhibition zu entfernteren Zielzellen. Diese synaptische Eigenschaft bezeichnen wir als distanzabhänge inhibitorische Signalübertragung. In dem vorgeschlagenen Projekt beabsichtigen wir zu untersuchen, ob (1) diese Form der Inhibition spezifisch für PIIs ist, oder ob sie generell auf andere Interneurontypen übertragen werden kann. (2) Wir beabsichtigen in einem multidisziplinären Ansatz die zellulären und molekularen Mechanismen der distanzabhängigen Inhibition zu untersuchen, indem wir elektrophysiologische, morphologische, immunhistochemische und 2-Photonen (2P) Imaging Techniken einschließen. (3) Wir wollen testen, ob distanzabhängige Inhibition durch synaptische Exzitation ausgeglichen wird. (4) Wir möchten prüfen, ob distanzabhängige Inhibition die Prozessierung von Information unterstützt, indem wir ihren Beitrag zur Synchronisierung schneller Rhythmen in neuronalen Netzwerken, insbesondere im Gamma (g; 30-100 Hz) Frequenzbereich, als auch der Formierung synchron aktiver Zellensembles untersuchen. Dies soll durch eine enge Interaktion zwischen experimentellen Studien und theoretischen neuronalen Netzwerk-analysen realisiert werden. Unter Berücksichtigung der kritischen Rolle von Interneuronen in höheren Gehirnfunktionen, insbesondere von PV-PIIs, und ihrer kausalen Verbindung zu kognitiven Defiziten im Fall ihrer Fehlfunktion, gehen wir davon aus, dass diese Arbeit einen deutlichen Beitrag zu einem verbesserten Verständnis der Interneuronfunktion und synaptischen Heterogenität in der kortikalen Informationsprozessierung einnehmen wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen