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Projekt
Rotlicht-regulierte Schalter zur räumlich-zeitlichen Kontrolle der Expression von Opsinen und zur Modulation von Zell-Zell-Kontakten innerhalb des präfrontalen Cortex während Impulskontrolle
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professorin Dr. Ilka Diester; Professor Dr. Andreas Möglich; Dr.-Ing. Patrick Ruther; Professor Dr. Matias Daniel Zurbriggen
Fachliche Zuordnung
Biochemie
Förderung
Förderung von 2016 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 315304909
Die Regulation von Bewegungen auf Basis interner und externer Signale stellt eine der anspruchvollsten Verhaltensweisen von Menschen und Tieren dar. Elektrophysiologische Experimente zeigen, daß dem präfrontalen Cortex (PFC) hierbei die entscheidende Bedeutung zukommt. Obwohl optogenetische Ansätze vielzählige und wichtige Einblicke in die zugrunde liegenden neuronalen Schaltkreise erbracht haben, sind diese letztlich limitiert durch unbeabsichtigte Kostimulation räumlich überlappender Zellen sowie afferenter Axone von Zellen benachbarter Hirnareale. Um diese schwerwiegende Einschränkung zu überwinden, schlagen wir die Entwicklung und Anwendung optogenetischer Werkzeuge auf Basis pflanzlicher Phytochrome vor, die rotlicht-regulierte Genexpression und Beobachtung anterograder Kommunikation zwischen Zellen im PFC erlauben. Auf diese Weise kann die Expression von Opsin-basierten optogenetischen Werkzeugen mit sehr viel höherer räumlicher und zeitlicher Auflösung als bislang spezifisch auf das Zielgewebe begrenzt werden. Um die Anwendbarkeit pflanzlicher Phytochrome in Vertebraten zu erleichtern und erweitern, werden wir zudem Varianten erzeugen, die statt eines pflanzen-spezifischen Chromophores das weithin vorkommende Biliverdin verwenden und auf verschiedene Farbbanden im sichtbaren Spektrum ansprechen. Eingebettet in genregulatorische Netzwerke, werden diese neuartigen optogenetischen Werkzeuge in Zellkultur und in Neuronen des PFC von Ratten während Impuls-Kontroll-Versuchen zum Einsatz gebracht. Des Weiteren erlaubt ein optogenetisch kontrollierter Mechanismus die Kartierung anterograder Interaktionen innerhalb und ausgehend vom PFC. Um die simultane optogenetische Stimulation mit Licht mehrer Wellenlängen und die Aufnahme elektrischer Signale von mehreren Loci zu gewährleisten, werden im Rahmen dieses interdisziplinären und kooperativen Projekts maßgeschneiderte neuronale Sonden entwickelt. Als Team stellen wir auf diese Weise neuartige optogenetische Werkzeuge und neuronale Sonden bereit, die helfen, die komplexe und faszinierende neuronale Verschaltung zu entziffern, die der Bewegungskontrolle in Reaktion auf interne und externe Signale zugrunde liegen. Insbesondere widmen wir uns der Interaktion von prälimbischem und infralimbischem Cortex, sowie der von ihnen an subcortikale Gewebe gesendeten Signale. Auf diese Weise hoffen wir zur Entschlüsselung des Einflusses des PFC auf direkte und indirekte subcortikale motorische Kommunikationspfade entscheidend beizutragen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
