Grundlagen der evolutiven Größenzunahme des Neocortex - eine zellbiologische Analyse neuraler Vorläuferzellen in unterschiedlichen Säugetierspezies

• Antragstellerin: Professorin Dr. Simone Fietz
• Fachliche Zuordnung: Tiermedizin
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 265041480

Die Expansion des Neocortex ist ein zentrales Merkmal der Gehirnevolution der Säugertiere. Die Hauptursachen für diese Entwicklung liegen in der Zunahme der Anzahl der neuralen Vorläuferzellen und der neurogenen Mitosen während der kortikalen Entwicklung. Morphologisch und molekular können zwei Klassen neuraler Vorläuferzellen unteraschieden werden: (1) die apikalen Progenitorzellen (APs) der Ventrikulärzone und (2) die basalen Progenitorzellen (BPs) der Subventrikulärzone (SVZ). Die SVZ des Menschen ist unterteilt in eine innere (ISVZ) und eine äußere SVZ (OSVZ). In der OSVZ ist ein weiterer neuraler Vorläuferzelltyp, die basale radiale Gliazelle (bRGC), lokalisiert. Die bRGC zeigt wichtige Merkmale der APs, insbesondere einen basalen Fortsatz, der die Basallamina während des gesamten Zellzyklus kontaktiert. Dieser Fortsatz erlaubt es den bRGCs, sich (im Gegensatz zu den BPs der Maus) selbst zu erneuern. Interessanterweise treten bRGCs auch in anderen Spezies wie dem Frettchen und dem Weißbüschelaffen in hoher Anzahl auf, was auf die zentrale Bedeutung der bRGCs in der kortikalen Entwicklung der Säugetiere hinweist. Zudem wurde das Vorkommen einer voneinander separierten ISVZ und OSVZ für den sich entwickelnden Neocortex der Katze und des Schafs beschrieben. Es ist bis heute jedoch völlig unbekannt, ob und in welchem Umfang bRGCs sowie andere neurale Vorläuferzellsubtypen im sich entwickelnden Neocortex anderer Säugetierarten auftreten. Ziel dieses Projekts ist es somit, die molekularen und zellbiologischen Merkmale der neuralen Vorläuferzellen während der embryonalen Entwicklung des Neocortex in verschiedenen Säugetierarten mit unterschiedlich starker kortikaler Expansion, wie dem Pferd, Schwein, Schaf, Rind und der Katze, zu charakterisieren. Mithilfe etablierter immunhistochemischer Marker soll in diesen Spezies das Vorkommen und die Häufigkeit der neuralen Vorläuferzellsubtypen während der Neurogenese untersucht werden. Zudem ist geplant, die Zellteilungsebene für jeden Vorläuferzellsubtyp zu bestimmen sowie mittels in vivo Gewebekulturen und Live Imaging die exakte Differenzierung der APs zu Neuronen zu untersuchen. Die Ergebnisse werden mit den bereits erhobenen Daten zur kortikalen Entwicklung bei der Maus, dem Frettchen, dem Weißbüschelaffen und dem Menschen verglichen. Diese Untersuchungen erlauben es, die spezifischen zellbiologischen Merkmale der neuralen Vorläuferzellen mit dem Grad der kortikalen Expansion zu korrelieren. Hierdurch kann die aktuelle Hypothese, dass eine große Anzahl von sich selbst erneuernden bRGCs die Grundlage für die Größenzunahme des Neocortex sei, geprüft werden. Die geplanten Untersuchungen leisten zudem einen wesentlichen Beitrag zur Etablierung neuer experimenteller Tiermodelle für die Analyse neuraler Stammzellen und humaner Hirnerkrankungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen