Zelltyp-spezifische Informationsverarbeitung im Mikronetzwerk des medialen entorhinalen Kortex
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Lokale neuronale Netzwerke exprimieren hoch koordinierte räumlich-zeitliche Aktivitätsmuster, die als neuronale Korrelate elementarer kognitiver oder Verhaltens-Zustände gelten. Häufig breiten sich diese Muster entlang von Ketten oder in Schleifen miteinander verbundener Netzwerke aus und unterstützen so u.A. Gedächtnisfunktionen. Der entorhinale Kortex (EC) und der Hippocampus bilden ein wichtiges funktionelles Netzwerk, das maßgeblich an räumlicher Navigation, episodischem Gedächtnis und Lernen beteiligt ist. Multimodale sensorische Informationen gelangen über Neurone der oberflächlichen Schichten des EC (Schichten II und III) in den Hippocampus. Die tiefer gelegenen Schichten (Schicht V (LV) und Schicht VI (LVI)) empfangen wiederum einen wesentlichen Teil der hippocampalen Ausgangssignale und spielen daher eine Schlüsselrolle bei der Übertragung vorübergehend gespeicherter hippocampaler Informationen in Langzeit- Engramme, die überwiegend in neokortikalen Netzwerken vermutet werden. Das Projekt wurde von Erkenntnissen inspiriert, die zeigen, dass der mediale EC (MEC) LV in zwei funktionell getrennte Unterschichten mit unterschiedlichen Funktionen im Netzwerk unterteilt ist. Neurone der Schicht Va (LVa) bilden die Hauptquelle telencephaler Projektionen. Im Gegensatz dazu zielen Zellen der Schicht Vb (LVb) auf oberflächliche MEC-Schichten, die wiederum Projektionen zurück zum Hippocampus bilden. Zu Beginn des Projekts lagen Hinweise vor, dass erregende Zellen des LVb Hauptziel der hippocampalen Efferenzen sind, während die telencephalen Projektionsneurone der Schicht Va kaum solche Eingänge erhält. Diese Organisation lässt weist auf eine zentrale Rolle lokal projizierender LVb-Neurone bei der hippocampalentorhinalen Informationsverarbeitung hin und wirft somit die Frage auf, wie Signale aus dem Hippocampus überhaupt über LVa-Neurone an nachgelagerte neokortikale Netzwerke weitergeleitet werden. In unserem Projekt haben wir detailliert die strukturelle und funktionelle Organisation der tiefen Schichten (LV und LVI) des MEC bei Mäusen untersucht. Darüber hinaus analysierten wir das hippocampal-entorhinale Konnektivitätsmuster entlang der dorsoventralen Achse, was sich als Schlüssel zur Auflösung der scheinbar widersprüchlichen Literaturlage erwies. Das Projekt ergab wichtige Fortschritte im Verständnis der Ausbreitung der Netzwerkaktivität vom Hippocampus zum MEC. Eine wichtige Erkenntnis war, dass die Konnektivität zwischen den verschiedenen exzitatorischen Neuronenpopulationen aus LVa, LVb und LVI des MEC sehr gering ist. Dies deutet darauf hin, dass Signale in den tiefen Schichten des MEC in weitgehend parallelen Aktivitätsströmen verarbeitet werden. Mittels anterograder Tracing-Methoden und In-vitro-Elektrophysiologie fanden wir eine deutlich differenzielle dorsoventrale Organisation der hippocampalen Projektion zum MEC. Während dorsale hippocampale Projektionen auf den dorsalen MEC beschränkt sind und bevorzugt LVb-Neurone ansprechen, innerviert der ventrale Hippocampus LVa-Neuronen entlang der gesamten dorsoventralen Ausdehnung des MEC. Folglich könnte der ventrale Hippocampus den Signalfluss aus hippocampalentorhinalen in neokortikale Netzwerke steuern. Schließlich konnten wir zeigen, dass sich spontan auftretende hippocampale „sharp wave-ripple“-Komplexe (SPW-R) zuverlässig von Area CA1 des Hippocampus in alle tiefen Schichten des MEC (LVI-, LVb- und LVa-Neurone) ausbreiten, wobei in einigen Fällen die hochfrequente zeitliche Struktur der Ripple- Oszillationen erhalten bleibt. Zusammengenommen etablieren diese Ergebnisse Prinzipien des Signalflusses im hippocampal-entorhinalen Ausgangsschaltkreis. Die detaillierten Einblicke in das Netzwerk der tiefen Schichten des MEC tragen zum Verständnis der Integration emotionaler, räumlicher, kontextueller und episodischer Inhalte in ein kohärentes, multidimensionales Signal bei, das vom hippocampalen Gedächtnissystem in den Neokortex übertragen wird.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Processing of Hippocampal Network Activity in the Receiver Network of the Medial Entorhinal Cortex Layer V. The Journal of Neuroscience, 40(44), 8413-8425.
Rozov, Andrei; Rannap, Märt; Lorenz, Franziska; Nasretdinov, Azat; Draguhn, Andreas & Egorov, Alexei V.
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Hippocampal-medial entorhinal circuit is differently organized along the dorsoventral axis in rodents. Cell Reports, 42(1), 112001.
Ohara, Shinya; Rannap, Märt; Tsutsui, Ken-Ichiro; Draguhn, Andreas; Egorov, Alexei V. & Witter, Menno P.
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Persistent sodium currents in neurons: potential mechanisms and pharmacological blockers. Pflügers Archiv - European Journal of Physiology, 476(10), 1445-1473.
Müller, Peter; Draguhn, Andreas & Egorov, Alexei V.
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Regulation of hippocampal mossy fiber-CA3 synapse function by a Bcl11b/C1ql2/Nrxn3(25b+) pathway. eLife, 12.
Koumoundourou, Artemis; Rannap, Märt; De Bruyckere, Elodie; Nestel, Sigrun; Reissner, Carsten; Egorov, Alexei V.; Liu, Pengtao; Missler, Markus; Heimrich, Bernd; Draguhn, Andreas & Britsch, Stefan
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Functional and structural organization of medial entorhinal cortex layer VI. iScience, 28(4), 112207.
Rannap, Märt; Ohara, Shinya; Winterstein, Janis; Roth, Fabian C.; Draguhn, Andreas & Egorov, Alexei V.
