Signalverarbeitung in Horizontalzellen der Säugerretina - Kodierung visueller Informationen durch Calcium- und Natriumaktionspotentiale
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die im Rahmen dieses Projektes erzielten Ergebnisse stellen einen wichtigen Beitrag zu einem besseren Verständnis der Funktion von Horizontalzellen als modulatorische Interneurone in der äußeren Retina dar. Wir konnten die Expression der synaptisch relevanten ionotropen Glutamatrezeptoren GluA2, GluA3 und GluA4, der spannungsgesteuerten Calciumkanal-Subtypen Cav2.2 und Cav3.2 sowie der spannungsgesteuerten Natriumkanal-Subtypen Nav1.2, Nav1.3 und Nav1.6 mit Hilfe einer bioinformatischen Analyse und immuncytochemischer Färbungen in Horizontalzellen der Mausretina nachweisen und auf subzellulärer Ebene lokalisieren. Die pharmakologischen Befunde deuten auf eine Beteiligung von Cav2.2 an der Erzeugung von Aktionspotenzialen hin, während die T-Typ Calciumkanäle, aber auch die spannungsabhängigen Natriumkanäle für die Auslösung von Spikes offensichtlich keine entscheidende Rolle spielen. Darüber hinaus haben wir in einer theoretischen Arbeit im Vergleich künstlicher neuronaler Netze mit jeweils einem Mikro- und einem Makroconnectom die Bedeutung der Struktur von Netzwerken für ihre Funktionalität untersucht. Weiterhin konnten wir verschiedene selbstlernende Algorithmen zur Analyse komplexer synaptischer Aktivität der Horizontalzellen in einem akuten Schnittpräparat und primärer corticaler Kulturen entwickeln, die mit bestehenden manuellen und semi-automatischen Ansätzen verglichen wurden. Unsere Verfahren ermöglichen eine objektive, fehlerrobuste und zeitsparende Analyse synaptischer Signale auf der Grundlage der Mustererkennung durch künstliche neuronale Netze. Leider konnten aufgrund einer sehr ungünstigen corona- und krankheitsbedingten Situation einige Experimente nicht wie geplant durchgeführt bzw. die Daten nicht bis zum Abschluss des Projektes publiziert werden. Die überraschend kleinen Calciumsignale und die Probleme bei der zelltypspezifischen Expression des Calciumsensors GCaMP6f haben eine räumliche Analyse der Signalausbreitung mit Hilfe bildgebender Verfahren, vor allem entlang des sogenannten Axons von Horizontalzellen, maßgeblich erschwert. Zusammenfassend haben wir mit der Inventarisierung und Lokalisation aller relevanten Ionenkanäle eine zentrale Voraussetzung für die Modellierung der Signalerzeugung und –entstehung in Horizontalzellen erfüllt. Gemeinsam mit den in diesem Projekt gewonnenen elektrophysiologischen und pharmakologischen Daten ist eine detaillierte Beschreibung der Funktion von Horizontalzellen auf der Basis biophysikalischer und struktureller Grundlagen möglich.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Analysis of tetrodotoxin-sensitive sodium and low voltage-activated calcium channels in developing mouse retinal horizontal cells. Experimental Eye Research, 195, 108028.
Feigenspan, Andreas; Ohs, Alexandra; von Wittgenstein, Julia; Brandstätter, Johann Helmut & Babai, Norbert
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Ionotropic glutamate receptors in the retina – a bioinformatical meta-analysis. Cold Spring Harbor Laboratory.
Pircher, Bianca; Pircher, Thomas & Feigenspan, Andreas
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The structure dilemma in biological and artificial neural networks. Scientific Reports, 11(1).
Pircher, Thomas; Pircher, Bianca; Schlücker, Eberhard & Feigenspan, Andreas
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A novel machine learning-based approach for the detection and analysis of spontaneous synaptic currents. PLOS ONE, 17(9), e0273501.
Pircher, Thomas; Pircher, Bianca & Feigenspan, Andreas
