Funktionale Charakterisierung von neurotransmittergesteuerten Signaltransduktionsprozessen in der Entwicklung des menschlichen Neocortex

• Antragstellerin: Dr. Simone Mayer
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsneurobiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 324874657

Der Neocortex ist ein Teil des Großhirns, der nur in Säugetieren vorkommt und komplexe kognitive Aufgaben bewerkstelligt. In der Evolution der Primaten hat sich der Neocortex stark vergrößert, wohingegen sich das Genom kaum verändert hat. Das menschliche Gehirn verfügt über eine erhöhte Anzahl an Zellen und über eine größere Vielfalt verschiedener Zelltypen im Neocortex als andere Säuger. Es stellt sich deshalb die Frage wie während der Hirnentwicklung so viele Zellen produziert werden und wie sich die verschiedenen Zelltypen spezialisieren. Frühere Studien haben belegt, dass eine größere Anzahl neuronaler Stammzellen für die Generierung der verschiedenen Nerven- und Gliazellen verantwortlich ist. Außerdem ist der Zeitraum der Neurogenese im Menschen länger als bei anderen Säugern. Es ist allerdings nicht bekannt, wie neuronale Stammzellen ihr Teilungspotenzial in diesem verlängerten Zeitraums beibehalten und wie die große Vielfalt verschiedener Zelltypen im erwachsenen Gehirn erreicht wird. Neurotransmitter gelten klassischerweise als zuständig für die synaptische Signalübertragung im adulten Nervensystem. Studien in Nagetieren haben allerdings gezeigt, dass bereits in frühen Stadien der Hirnentwicklung bestimmte Neurotransmitter die Teilung von neuronalen Stammzellen und die Differenzierung von neugeborenen Nervenzellen steuern. Darauf aufbauend stellen wir die Hypothese auf, dass die Kontrolle von Stammzellen und neugeborenen Neuronen durch Neurotransmitter eine noch bedeutendere Rolle in der Entwicklung des komplexen menschlichen Gehirns spielt. Ziel dieses Projekts ist es deshalb zu untersuchen, wie verschiedene neuronale Stammzellen im menschlichen Gehirn durch Neurotransmitter reguliert werden. Wir werden untersuchen, wie unterschiedliche Stammzellen und neugeborene Nervenzellen auf verschiedene Neurotransmitter reagieren, indem wir Änderungen in der Konzentration von Calciumionen in der Zelle messen. Calciumione liegen an der Schnittstelle zwischen extrazellulären Signalen und der Regulation der Transkription und können damit direkt auf das Schicksal einer Zelle Einfluss nehmen. Im zweiten Teil des Projekts werden wir deshalb untersuchen wie sich das Transkriptom einzelner Zelle nach der Erhöhung des intrazellulären Calciumspiegels durch verschiedene Neurotransmitter verändert. Außerdem werden wir analysieren, ob die Teilungsfähigkeit der Zellen oder ihr Schicksal durch die Neurotransmitterbehandlung beeinflusst wird. Dieser systembiologische Ansatz ermöglicht es uns erstmalig zu verstehen, wie sich verschiedene Zelltypen während der Entwicklung des menschlichen Neocortex gegenseitig mit Hilfe von Neurotransmittern steuern. Da viele Entwicklungsstörungen im Gehirn, wie zum Beispiel Autismus, durch Mutationen in synaptischen Genen hervorgerufen werden, ist es wichtig zu verstehen, welchen Beitrag zur Hirnentwicklung diese Gene bereits vor der Entstehung von Synapsen leisten.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Arnold Kriegstein, Ph.D.