Cellular signalling mechanisms in the developing visual cortex
Final Report Abstract
In den ersten Wochen nach der Geburt finden im visuellen System vieler Tiere und des Menschen weit reichende Reifungsprozesse statt, die erst nach ihrem Abschluss zu einer funktionierenden Verarbeitung und Wahrnehmung von visueller Information im Gehirn führen. Um diese Prozesse besser verstehen zu lernen, war es Ziel des Projektes neuronale Signalmechanismen im visuellen Kortex von Mäusen während der Entwicklung zu charakterisieren und zugrunde liegende Mechanismen zu identifizieren. Wir analysierten zunächst mit Hilfe der 2-Photonen Kalzium-Bildgebung das spontane Entladungsverhalten der Nervenzellen im visuellen Kortex. Um den Zeitpunkt der Augenöffnung kam es zu weit reichenden Änderungen der Aktivität. Vor der Augenöffnung herrschten synchronisierten Aktivierungen vor, die von einem Großteil der Zellen getragen waren aber selten auftraten. Innerhalb weniger Tage nach Augenöffnung wurden diese Aktivitätswellen häufiger, aber umfassten viel weniger Zellen. Interessanterweise modulierte visuelle Erfahrung diesen Prozess nur, war aber nicht zwingend notwendig. Um die Kalzium-Bildgebung in vivo weiter zu entwickeln, wurde in Zusammenarbeit mit Oliver Griesbeck ein neuartiger genetisch kodierter Kalziumindikator charakterisiert. Dieses vom Troponin C abgeleitete Protein ermöglichte durch seine gute Sensitivität und das schnelle Antwortverhalten die Analyse somatischer und dendritischer Kalziumtransienten in vivo. Solche Kalziumtransienten spielen bei der Induktion von synaptischer Plastizität eine entscheidende Rolle. Eine Analyse der Korrelation zwischen Kalziumtransienten im Zellkern und der Ausprägung verschiedener Formen synaptischer Plastizität zeigte allerdings keinen signifikanten Zusammenhang. Um die dendritische Signalgebung näher zu untersuchen, entwickelten wir in Zusammenarbeit mit Dejan Zecevic einen Versuchsaufbau, der erstmals ohne jede Mittelung die optische Messung des Membranpotenzials in kleinen Strukturen wie feinen dendritischen Ausläufern und dendritischen spines möglich machte. Die Ergebnisse dieses Projekts haben die Kenntnisse über die zelluläre Signalgebung im visuellen Kortex während der Entwicklung erweitert. Darüber hinaus werden die methodischen Entwicklungen auf dem Gebiet der Registrierung dendritischen Signalgebung für weitere Untersuchungen wertvoll sein.
Publications
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(2007). Improved calcium imaging in transgenic mice expressing a troponin C-based biosensor. Nat Methods 4, 127-129
Heim N, Garaschuk O, Friedrich MW, Mank M, Milos RI, Kovalchuk Y, Konnerth A and Griesbeck O
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(2007). Nuclear calcium signals during L-LTP induction do not predict the degree of synaptic potentiation. Cell Calcium 41, 271-283
Johenning FW and Holthoff K
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Rochefort NL and Konnerth A
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(2009). Ca2+ imaging of dendrites and spines. In Calcium measurement methods, A. Verkhratsky, and O.H. Petersen, eds. (Humana Press), pp. 189-203
Holthoff K
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(2009). Sparsification of neuronal activity in the visual cortex at eye-opening. Proc Natl Acad Sci USA 106, 15049-15054
Rochefort NL, Garaschuk O, Milos RI, Narushima M, Marandi N, Pichler B, Kovalchuk Y and Konnerth A
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(2010) Rapid time course of back-propagating action potentials in dendrites and spines. J Physiol
Holthoff K, Zecevic D, Konnerth A
