Pangliale Kopplung und die metabolische Versorgung von Axonen und Synapsen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Christian Steinhäuser; Privatdozentin Dr. Susanne A. Wolf, seit 1/2023
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 235153551

Astrozyten und Oligodendrozyten, die Makrogliazellen des zentralen Nervensystems sind über gap junctions gekoppelt. Das gemeinsame Projekt der Arbeitsgruppen von Christian Steinhäuser, Bonn, und Helmut Kettenmann und Christiane Nolte, Berlin, basiert auf einer langen Zusammenarbeit, in der wir die Eigenschafen der panglialen Kopplung charakterisieren und deren Bedeutung für neuronale Funktionen analysieren. Unsere neuen Ergebnisse zeigen auf, dass im Corpus Callosum, das Teil der weißen Substanz des Gehirns ist, die glia-neuronale metabolische Kopplung nicht – wie im optischen Nerv - über den bekannten Laktat-Shuttle, sondern durch andere Mechanismen vermittelt wird. Wir konnten auch zeigen, dass die Kopplungseffizienz der glialen Netzwerke ausschlaggebend ist für die metabolische Versorgung der Axone in Phasen von Unterversorgung mit Glukose. Unsere Arbeiten im Thalamus zeigen ein unerwartetes Muster der panglialen Kopplung, das auf eine wichtige Rolle der Oligodendrozyten für die metabolische Versorgung neuronaler Synapsen und ihrer Aktivität schließen lässt. Im gegenwärtigen Projekt fokussieren wir auf die physiologische Bedeutung der Kopplung für die metabolische Interaktion zwischen Gliazellen und Neuronen. Wir beladen einzelne Gliazellen, sowohl Astrozyten als auch Oligodendrozyten, über eine Patch-Pipette mit Metaboliten wie Laktat oder Glukose und analysieren, ob und wie effizient diese Beladung neuronale Aktivität während einer extrazellulären Glukosedepletion aufrechterhalten kann. Wir untersuchen insbesondere den relativen Beitrag von Astrozyten und Oligodendrozyten in den panglialen Netzwerken zur neuronalen metabolischen Versorgung und analysieren vergleichend die zugrundeliegenden Mechanismen in unterschiedlichen Geweben der weißen und der grauen Substanz. Da vorangegangene Studien gezeigt haben, dass metabolische Interaktionen über Neurotransmitter reguliert werden, untersuchen wir auch die Regulation der panglialen Kopplung durch diese Signalmoleküle. Die geplanten Experimente dienen dazu, die koordinierte Aktivität von Neuronen und Gliazellen im Nervensystem besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Dr. Christiane Nolte
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Helmut Kettenmann, bis 1/2023