Die Rolle der TRPV4-Kanäle bei astroglialer Schwellung und Ionen-Dysregulation im ischämischen Gehirn

• Antragstellerin: Dr. Iris Alvarez Merz
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 529623901

Astrozyten sind für die Homöostase des Gehirns, einschließlich der Regulation der extrazellulären Ionen-Konzentration und der Aufnahme von Neurotransmittern, der wichtigste Zelltyp. Veränderungen der intrazellulären Natriumkonzentration stören den nach innen gerichteten Natriumgradienten, der über die Zellmembran aufgebaut wird und hindern Astrozyten daran, ihre physiologischen Funktionen zu erfüllen. Der Natriumgradient wird von der Natrium-Kalium-ATPase aufrechterhalten, dem größten Verbraucher an ATP des Gehirns. Der Energiemangel unter ischämischen Bedingungen führt daher, sowohl in Astrozyten als auch in Neuronen, zum Zusammenbruch der Ionenhomöostase und zum Anstieg der intrazellulären Natriumkonzentration. Der Anstieg der astrozytären Natriumkonzentration trägt zu deren Schwellung und zur Bildung eines Hirnödems bei. Darüber hinaus ist der Anstieg der astrozytären Natriumkonzentration ein wichtiger Pathomechanismus, welcher zu einer akuten Schädigung des ischämischen Gehirns führt, wobei die zugrundeliegenden Mechanismen bisher nur teilweise bekannt sind. Ein neuer Kandidat, der zu astrozytären Schwellungen und Natriumfluktuationen beiträgt, ist der nicht-selektive, transiente Rezeptor-Potential-Kationenkanal der Vanilloid-Familie 4 (TRPV4; in Englisch Transient Receptor Potential Vanilloid 4). In diesem Projekt möchte ich seine Rolle bei Änderungen der astrozytären Ionen-Konzentration und des Volumens aufklären. Dies wird in akuten Hirngewebeschnitten von Mäusen mit Hilfe von zwei verschiedenen Protokollen zur Nachahmung von ischämischen Bedingungen im Gehirn erfolgen. Ein besonderer Fokus wird auf die astrozytären perisynaptischen Prozesse und auf die Ausläufer gelegt, welche die Blutgefäße umhüllen. Beides sind dynamische astrozytäre Kompartimente, die jeweils die synaptische Übertragung bzw. den Blutfluss im Gehirn regulieren. Neben dem direkten TRPV4-vermittelten Natriumeinstrom, werden weitere Mechanismen untersucht, die zur astrozytären Akkumulation von Natrium beitragen könnten. Dazu werden die Weitfeld-, Konfokal- und Multiphotonenmikroskopie, zusammen mit dem Natriumindikator ION-NaTRIUM-Green-2-AM (ING2) eingesetzt. Darüber hinaus wird die schnelle Fluoreszenz-Lebensdauer-Imaging-Mikroskopie (rapidFLIM) die quantitative, dynamische Darstellung von Natriumsignalen in Astrozyten während des Anschwellens von Zellen ermöglichen. Zuletzt werden Patch-Clamp-Aufnahmen von Astrozyten verwendet, um Verschiebungen des Membranpotenzials und des Membranstroms aufgrund der TRPV4-Aktivierung bei metabolischem Stress zu charakterisieren. So wird dieses Projekt neue Erkenntnisse über die Beteiligung von TRPV4-Kanälen an der pathogenen astroglialen Schwellung und der Ionenveränderung unter Hirnischämie bringen.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle