The blueprint of GABAergic synapses onto GABAergic interneurons: which disinhibitory cortical circuits are laid out in a cortical column?
Molecular Biology and Physiology of Neurons and Glial Cells
Final Report Abstract
Eines der herausragenden strukturellen Merkmale des Neokortex ist seine Organisation in sechs distinkte Schichten, die –durch einen spezifische Mix an Zelltypen gebildet– eine spezifische Input-Output-Beziehung ausprägen. Es wird angenommen, dass das daraus resultierende Verschaltungsmuster die kortikale Funktion stark beeinflusst, wenn nicht sogar bedingt. Leider gibt es im Kortex eine Vielzahl von Nervenzelltypen, die zum Teil sehr spezifische Verschaltungsmuster aufbauen. Deswegen ist es eine große Herausforderung mit low-throughput-Verfahren, wie den Paarableitungen und morphologischen Rekonstruktionen, auch nur einen kleinen Anteil davon, wie disinhibitorische Schaltkreismotive, systematisch zu untersuchen. Mit dem Projekt ist es uns gelungen, weitergehende methodische und konzeptuelle Grundlagen zu präsentieren, die eine zielgerichtete Untersuchung entweder erst ermöglichen oder verbessern. In sorgfältig geplanten Experimenten fragten wir: (i) welche Mausmodelle eignen sich in besonderer Weise für die spezifische Untersuchung von disinhibitorischen Schaltkreisen?, (ii) kann die Kombination von Optogenetik und whole cell-Ableitungen Ergebnisse liefern, die für die Beantwortung unserer Fragestellung geeignet sind? Die Erkenntnisse, die wir diesbezüglich erlangt haben, sagen „ja, aber“. Zu (i), ja, die PV-Cre Maus ist spezifisch für GABAerge Neurone, mit Ausnahme einer sehr gut definierbaren Subpopulation von L5b-Pyramidenzellen. In Studien wo auf Populationsebene die Transduktion von PV-Interneuronen notwendig ist, empfiehlt sich aber dringend einen intersektionellen Ansatz zu fahren, bei dem ein PV-Flp::VGAT-Cre Maus zur Anwendung kommt. Auch die GIN-Maus ist gut für das Studium von GABAergen Interneuronen geeignet, allerdings nur für SST-Neurone in den Schichten 2/3 bis 5a. Hier hat es sich herausgestellt, dass die SST-Cre::Ai9 Maus ein ebenfalls spezifisches und nicht selektionierendes (nämlich alle SST Zellen in allen kortikalen Schichten erfassendes) Mausmodell darstellt. Zu (ii), ja, in Fällen wo die räumliche Abgrenzung von Hirnabschnitten so gut ist wie in thalamischen Kernen, kann durch stereotaktische Injektion viraler Vektoren, die Neurone spezifisch mit Channelrhodopsinen transduzieren, ein Situation geschaffen werden, wo Zielzellen in den axonalen Terminalfeldern der hochspezifischen Projektionen selektiv durch optische Stimulation analysiert werden können. Für intrakortikale Verbindungen ist dies aufgrund des oben angeführten Zellmixes leider nicht möglich und man muß das lowthoughput-Verfahren „Paar-/Mehrfachableitungen“ einsetzen. Wir sind überzeugt, dass sich durch die Arbeiten im Rahmen des Projekts, auch wenn sie zum Teil deutlich von den ursprünglich geplanten Versuchen abweichen, eine sehr gute konzeptuelle und methodische Grundlage gebildet hat, um jetzt präziser auf die Ausbildung von disinhibitorischen Schaltkreisen durch PV-, SST- und VIP-exprimierende Neurone innerhalb und zwischen des Schichten des Barrel Kortex einzugehen. Mit der sich im Aufbau befindlichen Patch-Seq Methode können wir sogar ein neues Kapitel in der Erforschung der Zelltypspezifität solcher „circuit motifs“ aufschlagen.
Publications
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Characterizing the morphology of somatostatin‐expressing interneurons and their synaptic innervation pattern in the barrel cortex of the GFP‐expressing inhibitory neurons mouse. Journal of Comparative Neurology, 528(2), 244-260.
Zhou, Xiaojuan; Mansori, Ima; Fischer, Tatjana; Witte, Mirko & Staiger, Jochen F.
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Distribution Patterns of Three Molecularly Defined Classes of GABAergic Neurons Across Columnar Compartments in Mouse Barrel Cortex. Frontiers in Neuroanatomy, 13.
Almási, Zsuzsanna; Dávid, Csaba; Witte, Mirko & Staiger, Jochen F.
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Intersectional strategy to study cortical inhibitory parvalbumin-expressing interneurons. Scientific Reports, 14(1).
Palicz, Rebeka; Pater, Bettina; Truschow, Pavel; Witte, Mirko & Staiger, Jochen F.
