The extracellular matrix of perineuronal nets: Dynamics of molecular organization and functional analysis

• Applicant: Professor Dr. Thomas Arendt, since 8/2006
• Subject Area: Developmental Neurobiology
• Term: from 2000 to 2007
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5223744

Perineuronale Netze (PNs) der extrazellulären Matrix beinflussen spezifisch die Eigenschaften des extrazellulären Raumes an der Oberfläche vieler ZNS-Neuronentypen, dabei präsynaptische Boutons und benachbarte Gliazellfortsätze einschließend. Unsere vorangegangenen Untersuchungen und die Arbeiten anderer Gruppen haben gezeigt, dass Chondroitinsulfatproteoglykane der Aggrecan-Familie das Glykosaminoglykan Hyaluronsäure und die Glykoproteine Tenascin-R und -C variable Hauptkomponenten der PNs bilden. Tenascin-R hat eine wichtige Funktion bei der Ausbildung dieser makromolekularen Komplexe während der Hirnentwicklung und für die Erhaltung der Integrität der extrazellulären Matrix im adulten Zustand. Ziel des geplanten Projektes ist, die Funktionen der PNs aufzuklären, die bisher hypothetisch vor allem der Stabilisierung von Synapsen und der Unterstützung neuronaler Aktivität zugeordnet wurden. Dabei sollen drei Aspekte verfolgt werden: 1) Mechanismen der Ausbildung und der Wiederherstellung der PNs durch die verschiedenen Matrixkomponenten. Die Rolle neuronaler und glialer Matrixrezeptoren soll analysiert und die für eine Ausbildung von PNs essentiellen Zelloberflächenmoleküle identifiziert werden. Wir beabsichtigen, PNs in vitro durch Transfektion heterologer Zellen mit verschiedenen Matrixrezeptoren und Zugabe definierter Matrixkomponenten zu rekonstruieren. 2) Funktionelle Eigenschaften nativer und rekonstituierter PNs. Parvalbumin-exprimierende Interneurone, die in der Regel von PNs umhüllt sind, sollen durch durch transgene Expression des grün-fluoreszierenden Proteins (GFP) sichtbar gemacht werden. Ihre Entladungmuster, K+- und Ca2+-Ströme sowie die inhibitorischen und exzitatorischen synaptischen Eingänge werden dann elektrophysiologisch, immunzytochemisch und durch Vitalmarkierung aktiver Synapsen charakterisiert. Enzymbehandlungen zur Zerstörung der PNs sowie Tenascin-R-defiziente Mäuse mit veränderten PNs sind Bestandteil dieser Experimente. Ähnliche Parameter werden an heterologen neuralen Zellen untersucht, die mit einzelnen zur PN-Bildung erforderlichen Proteinen transfiziert wurden. 3) Abhängigkeit der postnatalen Ausbildung sowie der Reorganisation der PNs im adulten Zustand von einem intakten sensorischen Input. Diese in vivo-Experimente werden am somatosensorischen und visuellen Cortex von Mäusen mit etablierten Modellen (Vibrissektomie und visuelle Deprivation) durchgeführt. Darüberhinaus soll untersucht werden, ob Tenascin-R-Defizienz zu Veränderungen in der Ausbildung sensorischer corticaler Karten, einschließlich der an inhibitorischen Schaltkreisen beteiligten PNs, führt.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Persons: Professor Alexander Dityatev, Ph.D.; Professorin Dr. Melitta Schachner
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Gert Brückner, until 7/2006