Dynamische Kontrolle von Ca2+-Signalen in Astrozyten durch deren Morphologie

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Henneberger; Dr. Andre Zeug
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 284079634

Astrozyten sind nicht-neuronale Zellen im Gehirn, welche die Kommunikation zwischen Nervenzellen an Synapsen kontrollieren können. Es ist bekannt, dass ihre intrazellulären Ca2+-Signale solche Veränderungen der synaptischen Kommunikation auslösen können. Allerdings sind die Mechanismen, welche die Eigenschaften astrozytärer Ca2+-Signale bestimmen, derzeit unvollständig geklärt. Ein wichtiger Faktor ist die Morphologie der Astrozyten, da jedes intrazelluläre Signal durch die zelluläre Struktur definiert und geformt wird. Frühere Arbeiten von uns und anderen weisen eindeutig darauf hin, dass astrozytäre Ca2+-Signale tatsächlich durch die astrozytäre Morphologie und deren dynamische Veränderungen bestimmt werden können. In dem geplanten Projekt werden wir diese grundlegende Struktur-Funktion-Beziehung in Astrozyten des Gehirns untersuchen. Unsere Arbeit basiert auf einer Vielzahl etablierter experimenteller Techniken, die es uns ermöglichen, die Astrozytenstruktur mithilfe viraler Vektoren zu modifizieren, die Astrozytenmorphologie und ihre Veränderungen zu visualisieren und zu analysieren, die Auswirkungen dieser Veränderungen auf die Ca2+-Signalübertragung rechnerisch zu modellieren und die astrozytäre Ca2+-Signale und Synapsenfunktion gleichzeitig zu messen. In dem beantragten Projekt werden wir zunächst die Astrozytenmorphologie und deren induzierten, bidirektionalen Veränderungen allgemein und um Synapsen charakterisieren, wie diese die astrozytären Ca2+-Signale bestimmen und verändern und was die zugrunde liegenden Mechanismen sind. Wir werden dann neue Techniken implementieren, um zusätzliche morphologische Merkmale (z. B. lokales Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis) zu quantifizieren und schnelle lichtinduzierte Veränderungen der Astrozytenmorphologie auszulösen. Diese werden dann verwendet, um zu untersuchen, wie schnelle Veränderungen der Astrozytenmorphologie die astrozytären Ca2+-Signale und die Funktion von Synapsen verändern. Diese Experimente werden in kultivierten Astrozyten und Astrozyten in akuten Hirnschnitten und in vivo durchgeführt. Zusammen werden sie neue und wichtige Einblicke in die Astrozyten- und Hirnphysiologie und grundlegende zelluläre Struktur-Funktion-Beziehungen liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen