Die Rolle inhibitorischer Interneuronen in der neurovaskulären Kopplung

• Antragsteller: Dr. Martin Thunemann
• Fachliche Zuordnung: Kognitive und systemische Humanneurowissenschaften ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 275392440

Neurovaskuläre Kopplung beschreibt die durch Änderungen der Hirnaktivität hervorgerufenen Anpassungen der zerebralen Blutversorgung. Verschiedene Signalwege bewirken dabei vor allem durch lokale Änderungen der Gefäßdurchmesser eine Anpassung der Blutversorgung. Nichtinvasive Bildgebungsmethoden werden am Menschen und Versuchstier oft dazu genutzt, um über Anpassungen des zerebralen Blutflusses auf lokale Änderungen der neuronalen Aktivität zurückzuschließen. Die Interpretation dieser Messungen setzt jedoch eine genaue Kenntnis der neurovaskulären Kopplungsmechanismen voraus. Zu ihrer Erforschung werden oft 2-Photonen(2P)-Mikroskopie und seit kurzem auch optogenetische Methoden eingesetzt. Neueste, auf diesem Weg gewonnene Erkenntnisse zeigen, dass inhibitorische Interneurone (IN) eine wichtige Rolle in der neurovaskulären Kopplung spielen. Diese ist aber im Detail und vor allem im intakten Gehirn noch weitestgehend unverstanden.Daher soll im beantragten Projekt die Beteiligung der IN an der neurovaskulären Kopplung genauer untersucht werden. Dazu soll zunächst die Rolle verschiedener IN-Subtypen bei stimulus-induzierten Gefäßantworten im intakten primären somatosensorischen Kortex der Maus untersucht werden. Dazu wird ein Cre/lox-basiertes genetisches System genutzt, um den durch Licht steuerbaren Ionenkanal Channelrhodopsin spezifisch in verschiedenen IN-Subtypen zu exprimieren. Dann werden mittels 2P-Mikroskopie die Kinetik der durch optogenetische Stimulation hervorgerufenen Gefäßantworten verfolgt. Diese sollten sich in Abhängigkeit des stimulierten IN-Subtyps unterscheiden. Davon ausgehend sollen dann die vasoaktiven Botenstoffe identifiziert werden, die von den stimulierten Neuronen ausgeschüttet werden. Dazu wird die optogenetische Stimulation unter pharmakologischer Blockade der möglichen Botenstoffe vorgenommen, was zu einer veränderten Gefäßantwort führen sollte. Die meisten Experimente werden zunächst im narkotisierten Tier durchgeführt, jedoch sollen zentrale Ergebnisse auch am wachen Tier repliziert werden, um einen möglichen Einfluss der Narkose ausschließen zu können.Die beantragten Studien werden zum besseren mechanistischen Verständnis der neurovaskulären Kopplung beitragen und eine genauere Interpretation von nichtinvasiven Bildgebungsexperimenten ermöglichen. Die innovative Kombination von 2P-Mikroskopie und Optogenetik ist ein guter Ausgangspunkt für weitere Studien der neurovaskulären Kopplung unter normalen und pathologischen Bedingungen. Dieses Projekt kombiniert meine bisherige Expertise in Mausgenetik und Gefäßphysiologie mit der Expertise der Gastgeberin in der Entwicklung und Anwendung modernster Bildgebungsmethoden zum Studium der neurovaskulären Kopplung am lebenden Tier. Das Projekt soll mir ermöglichen, diese neuen Methoden zu erlernen und meine persönlichen Fähigkeiten soweit zu entwickeln, dass ich in der Zukunft als unabhängiger Wissenschaftler Fragestellungen der neurovaskulären Physiologie untersuchen kann.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professorin Anna Devor, Ph.D.