Allgemeine Prinzipien der strukturellen Reifung und Integration neugebildeter Körnerzellen in das hippokampale Netzwerk, erforscht mittels Zeitraffer-Aufnahmen und Computermodellen

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Stephan Schwarzacher
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Entwicklungsneurobiologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429552747

Adulte Neurogenese im Hippocampus stellt ein einzigartiges Modell der Netzwerkbildung dar, weil hier neue Neurone in ein vorgeformtes Netzwerk mit gut definierter Konnektivität integriert werden und dieser Prozess mit der Bildung neuer Gedächtnisinhalte verbunden ist. Hier untersuchen wir reifende postnatal und adult entstehende Körnerzellen des Gyrus dentatus um die Algorithmen des Integrationsprozesses neuer Neurone in ein existierendes Netzwerk anhand der zeitlichen Dynamik der Dendritenbildung und Verzweigung aufzuzeigen. Wir wollen die dendritische Spinogenese in Bezug zum kritische Zeitfenster der funktionellen Integration stellen. Unser Antrag behandelt die folgenden Fragen: Was ist die Dynamik des strukturellen Wachstumsprozesses? Führt die Bildung von Spines und die funktionelle Integration zu einer Stabilisierung der Dendriten? Welche dynamischen Prozesse bestimmen die Struktur der Dendritenbäume im reifen Hippocampus? Zur Beantwortung dieser Fragen setzen wir State-of-the-art Methodik ein. Wir verbinden detaillierte in-vitro- Time-lapse Analysen mit einer großen Datenbank von in vivo Daten und präzisen biophysikalischen und morphologischen Modellierungstechniken. Die Befunde sollen zu genauen Berechnungen der dynamischen Vorgänge der Dendritenreifung und der Integration adult entstandener Körnerzellen in das hippocampale Netzwerk führen. Durch die Kombination von in vitro und in vivo Experimenten und in silico Modellierung werden wir den Einfluss der Netzwerkaktivität auf Wachstum und Kürzung von Dendriten in neugebildeten Neuronen untersuchen. Neu entwickelte Methoden des morphologischen Modellierens unter Benutzung des Prinzips des "Optimal wirings" werden es uns ermöglichen, die generellen Prinzipien von Wachstum und Netzwerkintegration hippokampaler Körnerzellen aufzuzeigen. Die 3D -Rekonstruktionen von Dendriten und Spines, ihre morphologischen Messdaten, sowie neue stark verbesserte und anatomisch realistische Modelle neugebildeter Körnerzellen werden frei zugänglich bereitgestellt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen