Stabilität synaptischer Gedächtnisengramme

• Antragsteller: Dr. Alessio Attardo
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 531274710

Mehrere Studien an Mausmodellen haben Subpopulationen von Neuronen in verschiedenen Gehirnregionen identifiziert, die eine erhöhte neuronale Aktivität während der Gedächtnisbildung zeigen. Es konnte gezeigt werden, dass durch Manipulation dieser Zellen entweder ein künstlicher Abruf oder der Verlust gespeicherter Erinnerungen hervorgerufen werden kann. Dies zeigt, dass das Speichern und Abrufen von Erinnerungen durch spezifische Populationen von Neuronen vermittelt werden, von denen angenommen wird, dass sie zelluläre Engramme darstellen. Engramme können auf verschiedenen räumlichen Ebenen identifiziert werden, die von bestimmten Gehirnarealen bis hinunter zur Ebene der einzelnen synaptischen Verbindung reichen. Gemäß dem Hebbschen Postulat werden Verbindungen zwischen Neuronen mit hochgradig korrelierenden Aktivitätsmustern verstärkt, während Verbindungen zwischen Neuronen mit schwach korrelierenden Aktivitätsmustern unterdrückt werden oder sogar verloren gehen. Eine Verstärkung der synaptischen Verbindung zwischen co-aktiven Neuronen erhöht somit die Wahrscheinlichkeit, dass das gleiche räumlich-zeitliche Muster der neuralen Aktivität, das während der Kodierung aufgetreten ist, zu einem späteren Zeitpunkt während des Abrufs erneut auftritt. Diese Hypothese legt nahe, dass die Verstärkung synaptischer Verbindungen zwischen co-aktivierten Neuronen das neurale Substrat des Gedächtnisses darstellt, oder anders ausgedrückt, ein synaptisches Engramm bildet. Dank der „Green fluorescent protein Reconstitution Across Synaptic Partners“ (mGRASP)-Technik ist es seit kurzem möglich, Synapsen zwischen Engramm-Neuronen zu markieren und ihre Eigenschaften zu untersuchen. Diese Technik ermöglicht es, Synapsen zwischen Neuronen zu identifizieren, die die präsynaptischen bzw. postsynaptischen mGRASP-Komponenten exprimieren. Die Kombination dieses Systems mit etablierten Methoden zur Kennzeichnung von Engrammneuronen basierend auf Immediate-Early-Genen bietet schließlich die spezifische Möglichkeit, das Engramm auf synaptischer Ebene zu visualisieren. In diesem Projekt schlage ich vor, die Stabilität struktureller synaptischer Engramme im CA1 longitudinal über die Zeit mit Hilfe der optischen Zwei-Photonen-Bildgebung zu untersuchen. Zuerst werden wir strukturelle synaptische CA1-Engramme identifizieren, indem wir einerseits mGRASP verwenden, um generell Synapsen zwischen CA3- und CA1-Neuronen hervorzuheben, und andererseits den Promotor des Immediate-Early-Gene Arc nutzen, um spezifisch die Prä- und Post-mGRASP-Konstrukte der CA3- und CA1-Engramm-Neuronen zu markieren. Zweitens werden wir die optische Bildgebung einsetzen, um die Langzeitstabilität durch Angst induzierter synaptischer CA1-Engramme unter Baseline, Extinktion und Verstärkung zeitlich zu verfolgen. Dies wird uns erstmals in die Lage versetzen, die Auswirkungen kontinuierlichen Lernens auf strukturelle synaptische Engramme zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen