Sensorische und respiratorische Schaltkreise im Hirnstamm: von der molekularen Diversität und Konnektivität zur Funktion

• Antragsteller: Dr. Luis R. Hernandez-Miranda, Ph.D.; Professor Dr. Hans-Gerd Nothwang
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsneurobiologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 514060831

Der Hirnstamm von Säugetieren beherbergt eine enorme Vielfalt an neuronalen Schaltkreisen, die verschiedene Modalitäten sensorischer Informationen verarbeiten und lebenswichtige Funktionen zur Aufrechterhaltung der Homöostase steuern. Das Ausmaß dieser neuronalen Diversität als auch ihr Beitrag zu individuellen funktionellen Schaltkreisen ist größtenteils noch unbekannt. Um die Schaltkreise des Hirnstamms zu verstehen, müssen parallel die molekularen Identitäten und funktionellen Eigenschaften der einzelnen Elemente beschrieben werden. Hierzu werden in einem ersten Schritt transkriptomische Einzelzell-Profile erstellt, um die molekulare Vielfalt der Neuronen aufzudecken, die aus vier definierten Hirnstamm-Vorläufer-Domänen entstehen. Die ausgewählten Domänen erzeugen jeweils wichtige Neurone für die Verarbeitung von Hörsignalen als auch die Kontrolle der Atmung. Dieser Schwerpunkt wird durch das hochkarätige synergetische Netzwerk der beiden Antragsteller, Prof. Dr. H.G. Nothwang (Spezialist für das auditorische System) und Dr. L. R. Hernandez-Miranda (Spezialist für das respiratorische System) in Bezug auf Forschungsexpertise und Ressourcen, insbesondere Mauslinien, voll ausgeschöpft werden. Um die neuronale Diversität der ausgewählten Vorläuferdomänen zu definieren, werden intersektionelle genetische Markierungen durchgeführt, um die jeweiligen Populationen zu identifizieren und anschließend durch Einzelzell-RNA Sequenzierung (scRNA-seq) zu charakterisieren. Bioinformatische Analysen werden die verschiedenen molekularen Identitäten der Neurone bestimmen, die von den einzelnen Vorläuferdomänen abstammen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf auditorischen und respiratorischen Neuronen. Die aus diesen Analysen gewonnenen Informationen werden im Anschluss verwendet, um die Verbindungen dieser Neuronensubtypen zu kartieren und ihre genaue Funktion bei der auditorischen Verarbeitung und der Kontrolle der Atmung zu identifizieren. Hierzu wird intersektionelle Mausgenetik mit modernster Chemogenetik kombiniert. Die Ergebnisse dieses Projekts werden i) grundlegende Informationen zur Diversität auditorischer und respiratorischer Neuronen im Hirnstamm und ihre Konnektivität liefern, ii) unser Verständnis der wesentlichen sensorischen und homöostatischen Funktionskreise verbessern und iii) eine reichhaltige und einzigartige Ressource darstellen für Forschung in den Bereichen Neurowissenschaften und Physiologie sowie der biomedizinischen Grundlagenforschung, die die genetischen und molekularen Grundlagen von Hirnstamm-Erkrankungen ermitteln wollen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen