All-optische Untersuchung hippocampaler Schaltkreise in kopf-fixierten und frei beweglichen Mäusen

• Antragsteller: Dr. Johannes Vierock
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften ; Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 569127795

GABAerge Hub-Neuronen sind eine seltene neuronale Subpopulation, die eine Brücke zwischen entwicklungsbiologischer Neurobiologie und integrativer Neurowissenschaft schlägt. Vor 15 Jahren von der Cossart-Gruppe charakterisiert, gelten sie als zentrale Elemente der kortikalen Netzwerkbildung. Sie persistieren von der frühen Entwicklung bis ins Erwachsenenalter und sind in verschiedenen kortikalen Regionen und Spezies präsent, was auf eine bedeutende Rolle in der neuronalen Netzwerkorganisation hindeutet. Ihre funktionellen Mechanismen sind jedoch schwer zu untersuchen, insbesondere aufgrund technischer Einschränkungen der frühen Entwicklung sowie bei der langfristigen Manipulation in frei beweglichen Tiermodellen.Dieses interdisziplinäre Forschungsprojekt bringt Expert*innen aus Physik, Biophysik und Neurowissenschaften zusammen, um die Zwei- (2P) und Drei-Photonen-Optogenetik (3P) weiterzuentwickeln und eine umfassende Untersuchung derHub-Neuronen in der CA1-Region des Maus-Hippocampus zuermöglcihen. Die Studie betrachtet ihre Funktion aus zwei Perspektiven: (1) ihre Rolle in der postnatalen Entwicklung und (2) ihre Beteiligung an hippocampusabhängigen Verhaltensparadigmen.Hieraus ergeben sich zwei Hypothesen : Während der Entwicklung könnten Hub-Neuronen die Ausbildung hippocampaler Dynamiken erleichtern, indem sie die lokale Konnektivität, insbesondere durch GABAerge Innervation, verstärken. In adulten Netzwerken könnten sie die intern getriebenen CA1-Dynamiken organisieren.Zur Untersuchung dieser Hypothesen sind hochmoderne technologische Ansätze erforderlich, darunter die Kombination fortschrittlicher Mikroskopie mit einer neuen Generation optogenetischer Werkzeuge. Ziel ist es, die 3P-Optogenetik mit holographischer Beleuchtung in vivo zu etablieren sowie holographische Photostimulation und Bildgebung in frei beweglichen Mäusen mittels Zwei-Photonen-Fiberskopie zu realisieren.Das Projekt profitiert von der Expertise der Cossart-, Emiliani- und Vierock-Labore und baut auf einer soliden Basis gemeinsamer Arbeiten zu Interneuron-Dynamiken und Zwei-Photonen-Optogenetik auf. Durch die Kombination führender optogenetischer Tool-Entwicklung, systemneurowissenschaftlicher Expertise und innovativer Techniken soll das Projekt neuartige Einblicke in die funktionelle Architektur hippocampaler Hub-Neuronen ermöglichen. Darüber hinaus wird sie ein fortschrittliches Set optischer und molekularer Werkzeuge etabliert, welches von breitem Nutzen für die optogenetische Netzwerk-Analyse unser Verständnis der neuronalen Netzwerkentwicklung und -funktion revolutionieren und tiefere Einblicke darin bieten werden, wie spezialisierte Neuronen zur Organisation des Gehirns und zum Verhalten beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartnerinnen: Professorin Rosa Cossart, Ph.D.; Professorin Dr. Valentina Emiliani