Charakterisierung von Verteilung, Proteom und Dynamik inhibitorischer Synapsen auf L2/3 Pyramidalneuronen im visuellen Kortex.

• Antragstellerin: Dr. Bettina Schmerl
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften ; Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 524025372

Synapsen sind die Grundlage für die Entwicklung und Funktion neuronaler Schaltkreise und deren Plastizität. Wir wissen wenig darüber wie diese Prozesse im Gehirn reguliert werden, insbesondere hinsichtlich inhibitorischer Synapsen, die unverzichtbar für die Entwicklung und Funktion neuronaler Schaltkreise sind. Der Hauptteil der inhibitorischen Innervierung im Gehirn ist auf nur drei Hauptklassen inhibitorischer Interneurone zurück zu führen, die man anhand der selektiven Expression von Somatostatin (SST), Parvalbumin (PV) oder Serotoninrezeptoren (5HT3aR) unterscheidet. Zusätzlich zeigen diese Zelltypen auch ein stark unterschiedliches Entladungsverhalten, sodass sie vermutlich auch in molekularer Hinsicht viel heterogener sind als bisher vermutet.Inhibitorische Synapsen auf Dendriten von Pyramidalneuronen können sich sowohl auf dem dendritischen Schaft als auch den dendritischen Dornenfortsätzen (engl. Spines) befinden. Man nimmt an, dass SST Interneurone die Mehrheit inhibitorischer dendritischer Synapsen innervieren, während PV Interneurone vor allem den Zellkörper von Pyramidalneurone und primäre Dendriten innervieren. Systematische Untersuchungen stellen das jedoch in Frage, indem sie eine deutlich breitere Verteilung von PV-Synapsen auch auf entfernteren Dendriten aufzeigen. Die relative Verteilung von SST gegenüber PV Synapsen auf einzelnen Neuronen und wie diese sich wiederum in Schaft- und Spinesynapsen aufteilen ist unerforscht und wir wissen nur sehr wenig über die molekularen Unterschiede zwischen unterschiedlich positionierten und dynamischen Synapsen. Obwohl diese Aspekte enorme Relevanz für Signalübertragung, Zellfunktion und neuronale Verschaltung haben, sind sie bisher kaum untersucht. Um diese offenen Fragen zu bearbeiten werden wir die täglichen dynamischen Veränderungen inhibitorischer Synapsen im visuellen Kortex von Mäusen verfolgen. Dank genetische Marker können wir nahezu den gesamten Dendritenbaum individueller Pyramidalneurone beobachten und die molekulare Zusammensetzung aller inhibitorischen Kontakte auf dem Level einzelner Synapsen untersuchen. Mittels spezieller Mauslinien können wir Interneuron-Subtyp-spezifisch präsynaptischen Enden markieren und dadurch untersuchen wie sich die Platzierung der Synapsen entlang des gesamten Dendritenbaums sowie ihre molekulare Zusammensetzung zwischen den Subtypen unterscheiden. Durch die dauerhafte Beobachtung derselben Neurone in vivo können wir darüber hinaus dynamische synaptische Ereignisse, wie das Entstehen oder Abbauen einzelner Synapsen, im Detail verfolgen. Diese Studie wird erstmalig Informationen über die molekulare Zusammensetzung individueller Synapsen, hinsichtlich vorhandener Rezeptoren, Zelladhäsionsproteine oder Gerüstproteine, liefern und wie diese sich je nach afferentem Eingang sowie dynamischer Vergangenheit unterscheiden. Damit bietet sich uns ein beispielloser Einblick in die Entstehung, Funktion und Plastizität inhibitorischer Verknüpfungen im Gehirn.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professorin Elly Nedivi, Ph.D.