Optogenetische Ansätze zur Wiederherstellung visueller Funktion und zur Analyse neuronaler Schaltkreise in der Netzhaut

• Antragsteller: Dr. Jens Dübel
• Fachliche Zuordnung: Augenheilkunde ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 394730111

Der Einsatz mikrobieller Opsine ist ein vielversprechender therapeutischer Ansatz zur Wiederherstellung der Lichtempfindlichkeit bei degenerativen Netzhauterkrankungen. Ziel des Projekts ist die spezifische Expression einer Rotlicht-sensitiven Channelrhodopsin-Variante in den ON-Bipolarzellen der Primaten-Netzhaut, ex vivo mithilfe eines viralen Vektors. Besonders untersucht werden sollen dabei die ON-Bipolarzellen der zentralen Retina (ON-midget BPCs). Ein entscheidendes Merkmal dieser Zellen ist, dass sie synaptische Eingänge von einzelnen Zapfen-Photorezeptoren aus der Fovea erhalten und diese Signale an einzelne retinale Ganglien-Zellen (midget RGCs) weiterleiten. Diese 1:1-Verschaltung (private-line of midget pathway) ist eine wichtige anatomische Voraussetzung für die hohe foveale Sehschärfe der Primaten, inklusive des Menschen. Durch eine gezielte optogenetische Stimulation der ON-midget BPCs sollen synaptisch verbundene Ganglien-Zellen aktiviert und ihre Licht-Antworten elektrophysiologisch ausgewertet werden. Insbesondere die Analyse ihrer rezeptiven Felder wird wichtige Hinweise auf die potentielle räumliche Auflösung liefern, die durch diesen optogenetischen Ansatz erreicht werden kann. In einem weiteren Teil-Projekt soll ein Tandem-Konstrukt aus Chlorid-Pumpe/Sensor entwickelt werden, um inztrazelluläre Chloridkonzentrationen zu manipulieren und gleichzeitig beobachten zu können. Durch zelltyp-spezifische Expression dieses Konstrukts wird es möglich sein, die inztrazelluläre Chloridkonzentration dieser Zellen auf optischem Wege quantitativ (ratiometrischer Sensor) zu kontrollieren und den Einfluss (transiente Inhibition) auf lokale neuronale Schaltkreise zu analysieren. Hierfür wird ein in meinem Labor entwickeltes Setup zum Einsatz kommen, das es erlaubt, Zapfen der Netzhaut mit Licht-Mustern sichtbarer Wellenlänge zu stimulieren und gleichzeitig 2-Photonen induzierte optogenetische (holographische) Stimulation sowie 2-Photonen-Imaging durchzuführen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Tunable Laser for Multiphoton Imaging
• Gerätegruppe: 5080 Optisches Mikroskopzubehör