Parallele synaptische Mechanismen in der Netzhaut der Maus

• Antragsteller: Dr. Timm Schubert
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Afrika-, Amerika- und Ozeanienbezogene Wissenschaften
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 253528872

Der ersten Synapse in der Netzhaut (der Photorezeptorsynapse) kommt eine zentrale Bedeutung für die Funktion des gesamten visuellen Systems zu: Diese Synapse muss unter unterschiedlichsten Helligkeitsbedingungen eine verlässliche Übertragung des Lichtsignals an nachgeschaltete Nervenzellen gewährleisten. In dieser Synapse kontaktieren die axonalen Endigungen der Zapfen-Photorezeptoren die Dendriten von Bipolar- und Horizontalzellen. Die Zapfen übertragen das Signal auf Bipolarzellen, die die Signale an die Ganglienzellen weiterleiten. Horizontalzellen sind laterale Interneurone und bilden ein einziges, elektrisch-gekoppeltes Netzwerk; diese Zellen bekommen nicht nur synaptischen Eingang von Zapfen sondern modulieren ihrerseits mittels reziproker Synapsen die Transmitterfreisetzung der Zapfen und können damit deren Aktivität an die jeweilige Hintergrundhelligkeit anpassen. Obwohl die anatomischen und funktionellen Eigenschaften der Photorezeptorsynapse in den letzen Jahrzehnten intensiv untersucht worden sind, sind die genauen Mechanismen der reziproken Synapse unklar und ergeben kein zusammenhängendes Gesamtbild. So sind drei verschiedene reziproke hemmende Mechanismen in verschiedenen Tierarten identifiziert worden: Der GABAerge Mechanismus, der ephaptische Mechanismus und der pH-vermittelte Mechanismus. Es ist unklar, ob diese widersprüchlichen Befunde artspezifische Mechanismen widerspiegeln, oder ob sie auf unterschiedliche experimentelle Bedingungen zurückzuführen sind. Daher ist es auch unerforscht, ob diese synaptischen hemmenden Mechanismen innerhalb einer Tierart parallel wirksam sein können. Es ist aber auch möglich, dass die verschiedenen Mechanismen interagieren und ein reziprokes synaptisches System bilden, welches die Transmitterfreisetzung an der Photorezeptorsynapse moduliert.Durch eine Kombination von genetischen Methoden - (1) einer transgenen Mauslinie, in der Zapfen einen Kalzium-Biosensor exprimieren, (2) der Transfektion von Horizontalzellen mit Viren, die Kalzium- und Chlorid-Biosensoren exprimieren und (3) einer Gen-Silencing Methode, um selektiv den ephaptischen Mechanismus auszuschalten - mit Zwei-Photonen Messungen möchten wir in der Netzhaut der Maus die synaptischen Mechanismen, die bei verschiedenen Hintergrundhelligkeiten die Transmitterfreisetzung der Zapfen modulieren, entschlüsseln. Dafür werden wir die Aktivität direkt in den axonalen Endigungen der Photorezeptoren messen. Darüber hinaus werden wir die Aktivität in den Horizontalzelldendriten während der reziproken Hemmung untersuchen. Um die räumlich-zeitlichen Aspekte der verschiedenen hemmenden Mechanismen besser zu verstehen, werden wir untersuchen, wie der chromatische Eingang von verschiedenen Zapfentypen mit unterschiedlichen spektralen Sensitivitäten (grün vs. blau) von Horizontalzellen integriert wird. Wir möchten dann analysieren, ob diese chromatischen Information von den Horizontalzellen für eine lokale oder globale reziproke Hemmung genutzt wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen