Project Details
Projekt
The impact of proteoglycans of perineuronal nets on the ultrafast synaptic transmission in the auditory system.
Applicant
Professor Markus Morawski, Ph.D.
Subject Area
Molecular Biology and Physiology of Neurons and Glial Cells
Term
from 2012 to 2017
Project identifier
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 214286738
Etwa zwanzig Prozent des Volumens des zentralen Nervensystems (ZNS) stellt die extrazelluläre Matrix (EZM) dar. Diese ist aus Makromolekülen zusammengesetzt, die den extrazellulären Raum des ZNS füllen und als ein wesentlicher Faktor für die Struktur und Funktion des ZNS angesehen werden. Perineuronale Netze (PN) und ihre Proteoglykane (PG) stellen hierbei eine einzigartige Zusammensetzung dieser EZM dar und umhüllen bestimmte Gruppe von Nervenzellen. In den letzten dreißig Jahren spekulierten viele Forscher über die Bedeutung der PN und ihrer PG für die synaptische Übertragung, als auch generell für die Informationsverarbeitung des Gehirns. Obwohl ein allgemeiner Konsens besteht, dass die PN an der Bildung und Funktion von Synapsen beteiligt sind, gibt es kaum Publikationen über experimentelle Ansätze, die diese Hypothesen überprüft haben. Das Hauptaugenmerk dieses Vorhabens ist es, die Bedeutung der PN für die synaptische Übertragung experimentell zu überprüfen. Die Experimente werden an den Neuronen des medialen Nucleus des Trapezkörpers (MNTB) im auditorischen Hirnstamm und an den Haarzellen der Cochlea, die eine starke Expression von PN und ihrer PG aufweisen, durchgeführt. Vorläufige Daten zeigen, dass insbesondere PG der PN, z.B. Brevican, die Geschwindigkeit und Effizienz der synaptischen Übertragung kontrollieren. Die Hypothesen, die in diesem Vorhaben überprüft werden, sind: Die PG der PNs (i) kontrollieren die Stärke der glutamatergen synaptischen Übertragung an der Heldschen Calyx (ii) sind mitverantwortlich für die schnelle synaptische Übertragung an dieser Synapse und haben (iii) einen Einfluss auf die synaptische Übertragung an den Haarzellen der Cochlea und deren afferenten Synapsen und sind somit essentiell für das Hören. Um diese Hypothesen zu überprüfen werden folgende experimentelle Methoden angewandt: (a) In vivo Elektrophysiologie; diese bietet die einmalige Gelegenheit, physiologische Eigenschaften der neuronalen Aktivität und der synaptischen Übertragung in einem nahezu ungestörten Sytem unter natürlichen Bedingungen über akustische Stimulation der Cochlea, zu untersuchen. (b) In vitro Elektrophysiologie an akut präparierter Cochlea und am Hirngewebe sowie organotypischen Hirnschnittkulturen; die besonders geeignet ist, die Funktionen der PN und ihrer PG durch gezielte elektrische und pharmakologische Manipulationen zu untersuchen. (c) Elektronenmikroskopie; zur ultrastrukturellen Analyse von Synapsen, Neuronen und der EZM. (d) Immunhistochemie und biochemische Analysen, um die molekularen Grundlagen von Synapsen, Neuronen und der EZM im Hörsystem zu untersuchen. Die Experimente werden in transgenen Mauslinien durchgeführt, die defizient für bestimmte PG der PNs (Brevican, Aggrecan und Neurocan) sind. Dieses Vorhaben wird maßgebliche Einblicke in die Funktionen und die Bedeutung der PG der PNs für die schnelle synaptische Übertragung und das Hören im sich entwickelnden und voll ausgereiften auditorischen System liefern.
DFG Programme
Priority Programmes
