Zentrale Kontrolle der Atmung und des mit der Atmung verbundenen Verhaltens durch prämotorische Neuronen des Hirnstamms

• Antragsteller: Dr. Luis R. Hernandez-Miranda, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Experimentelle Modelle zum Verständnis von Erkrankungen des Nervensystems
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450241946

Das Atmen ist ein komplexes und unbewusstes motorisches Verhalten, dessen neuronaler Antrieb vom Hirnstamm ausgeht. Atemwegserkrankungen sind beim Menschen häufig und eine der weltweit führenden Ursachen für Tod und Behinderung. Personen mit Atemwegserkrankungen haben häufig Schwierigkeiten beim Schlucken oder beim Versuch der Stimmbildung. Wenn das Schlucken oder Sprechen nicht mit dem Atmen koordiniert werden kann, führt dies häufig zu einer Aspirationspneumonie, einer der Haupttodesursachen bei Alzheimer, Parkinson und anderen neurodegenerativen Erkrankungen.Es ist bekannt, dass sich die Kontrolle von Atmung, Schlucken und Sprechen überschneidet, aber das Gehirnzentrum, das für die Koordination solcher Aktivitäten zuständig ist, muss noch identifiziert werden. Unter Verwendung von intersektioneller Mausgenetik, Elektrophysiologie und Optogenetik habe ich kürzlich neue Elemente des neuronalen Kreislaufs identifiziert, der die Atmung und die Atemreflexe steuert (Hernandez-Miranda et al., 2017b in PNAS und Hernandez-Miranda et al., 2018 in PNAS). Meine vorläufigen Daten zeigen, dass einige dieser Neuronen für die Phonation und die Regulation von laryngealen und expiratorischen Motoneuronen wesentlich sind. Diese bisher unbekannten prämotorischen Neuronen befinden sich im Nucleus tractus solitarius (nTS, im dorsalen Hirnstamm). Meine vorläufigen Daten zeigen auch, dass der nTS zusätzliche prämotorische Neuronen enthält und das Fehlen des nTS zu einer vollständigen Aufhebung von Phonation, Schlucken und Atemreaktionen aufgrund von Veränderungen der Blutgase führt. Bei Menschen und Mäusen empfängt der nTS alle viszeralen Informationen von unseren inneren Organen und leitet diese Informationen an andere Gehirnzentren weiter. Hier schlage ich vor, die molekularen und funktionellen Signaturen der im nTS vorhandenen prämotorischen Neuronen zu definieren, die die Atmung mit der Phonation, das Schlucken und die Reaktion auf Blutgasveränderungen im Körper koordinieren. Ich gehe davon aus, dass dieser Vorschlag unser Verständnis des neuronalen Antriebs verbessern wird, der die Koordination bestimmter orofazialer Verhaltensweisen mit der Atmung ermöglicht und den Weg für therapeutische Interventionen bei Patienten mit Atemwegserkrankungen und anderen neurodegenerativen Erkrankungen ebnet.Der Antragsteller, Dr. Hernandez-Miranda, ist derzeit mit dem Institut für Zellbiologie und Neurobiologie der Charité Universitätsmedizin verbunden, wo er seine erste unabhängige Gruppe aufbaut und auf eine Habilitation in Anatomie hinarbeitet (voraussichtlich im Winter 2020). Darüber hinaus verfügt Dr. Hernandez-Miranda über umfangreiche Erfahrungen in den Bereichen Atmung und neurologische Störungen und hat kürzlich vier Forschungsarbeiten von Erstautoren in Science (2017), PNAS (2017 und 2018) und Journal of Medical Genetics (2017) veröffentlicht. Dieser Vorschlag ist Dr. Hernandez-Mirandas erstmaliger Antrag auf Förderung bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: plethysmograph for small animals
• Gerätegruppe: 3460 Kymographen, Plethysmographen, Muskelkraft-Messung