Visualisierung der BDNF-Zell-zu-Zell-Übertragung und ihrer Auswirkungen auf die Synapsen und Schaltkreisfunktion

• Antragstellerin: Dr. Camin Dean
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 422153908

Der im Gehirn vorkommende Wachstumsfaktor BDNF (brain-derived neurotrophic factor) ist essentiell für die Entwicklung des Nervengewebes. Er reguliert die Differenzierung von Nervenzellen und steuert synaptische Plastizität. Die Freisetzung von BDNF durch Nervenzellen und seine Wirkungen auf deren Funktion wurden bereits gut untersucht. Dabei wird angenommen, dass BDNF von einer Nervenzelle auf eine andere Nervenzelle übertragen wird. Wir haben einen Ansatz entwickelt, der erlaubt, die Übertragung mittels vier unterschiedlicher Fluorophore zu untersuchen und sowohl Ursprungs- als auch Zielzellen zu identifizieren. Mit diesem Ansatz konnten wir den Transfer von BDNF quantifizieren. Überraschenderweise fanden wir in ersten Untersuchungen heraus, dass Astrozyten die eigentlichen Hauptempfänger von neuronal-exprimiertem BDNF sind. Darüber hinaus scheinen Astrozyten spezifisch die reife Form (und nicht die Pro-Variante) von BDNF aufzunehmen. Indem wir mittels Überexpression die Konzentration des Zielrezeptors für reifes BDNF (TrkB-Rezeptor) in Neuronen erhöhten, konnten wir die Aufnahme von BDNF durch Astrozyten auf die Neurone umleiten. Diese Beobachtung legt nahe, dass die Konzentration des TrkB-Rezeptors die Aufnahme von BDNF durch Neurone und Astrozyten bestimmt. Zusätzlich erhöhte eine gesteigerte neuronale Aktivität die astrozytische (aber nicht die neuronale) Aufnahme. Die bisherigen Experimente lassen vermuten, dass Astrozyten nicht nur einfach als Puffer für überschüssiges BDNF fungieren, sondern auch auf die Menge des aufgenommenen BDNFs physiologisch reagieren, indem sie ihr Territorium vergrößern.Das Ziel dieses Projektes wird sein, die vorläufigen Beobachtungen zu validieren und weiter auszuarbeiten. Wir wollen 1) die Untersuchung auf die Übertragung von endogenem BDNF von Neuronen auf Astrozyten in vivo ausdehnen und quantifizieren - das soll unter Verwendung des CRISPR/Cas9 Ansatzes erreicht werden. Hierzu soll der endogene Genlokus von BDNF mit einem Marker versehen werden. Wir wollen 2) bestimmen, ob die Aufnahme von neuronalem BDNF durch Astrozyten und die anschließende Erhöhung des astrozytischen Territoriums durch den TrkB.T1-Rezeptor vermittelt wird, die spezifisch in Astrozyten exprimierte Rezeptor-Variante des TrkB-Rezeptors. Wir planen, dies unter Verwendung von Astrozyten-spezifischen TrkB.T1-Knockout-Mäusen zu testen. Wir planen 3) zu untersuchen, ob die Übertragung von BDNF von Neuronen auf Astrozyten notwendig ist für Aspekte der Funktion von Synapsen und einfachen Schaltkreisen - dies soll unter Verwendung von optischen und elektrophysiologischen Messungen der synaptischen Transmissionsstärke realisiert werden. Zusammen werden die vorgeschlagenen Experimente eine bisher unerwartete Funktionsfacette von BDNF bestätigen und bestärken, in der BDNF die Funktion von Synapsen über Astrozyten beeinflussen kann, indem es die Morphologie der Astrozyten verändert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen