Der Bauplan von GABAergen Synapsen auf GABAergen Interneuronen: welche disinhibitorischen Schaltkreise sind in einer kortikalen Kolumne angelegt?

• Antragsteller: Professor Dr. Jochen Ferdinand Staiger
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 410546234

Die Erregungs-Hemmungs-Balance ist ein grundlegender Mechanismus, um eine funktionierende Informationsverarbeitung in synaptischen Schaltkreisen des Neocortex sicherzustellen. Es ist bekannt, dass verschiedene Typen von GABAergen Interneuronen symmetrische Synapsen auf spezifischen subzellulären Kompartimenten von exzitatorischen Prinzipalneuronen ausbilden, zum Beispiel axo-axonische (oder Chandelier) Zellen auf dem Axoninitialsegment, Korbzellen perisomatisch und Dendriten-ansteuernde Interneurone (wie Martinotti-Zellen) auf verschiedenen Abschnitten des Dendritenbanken. Ob die Feinverschaltung unter GABAergen Interneuronen den gleichen Prinzipien folgt, ist allerdings eine noch offene Frage und wir haben kürzlich Befunde publiziert, dass dies der Fall sein könnte. Da Inhibition von inhibitorischen Neuronen (und damit Disinhibition von nachgeschalteten Zellen) ein sich immer klarer abzeichnendes kortikales Schaltkreismotiv ist, scheint es von großer Bedeutung genau herauszufinden, welche Typen von GABAergen Neuronen präsynaptisch zu welche anderen sein können. Daher wollen wir diese Konnektivität in einer Interneuronen-Subtyp-spezifischen Weise untersuchen, in dem wir optogenetisch transduzierte Tiere (mit einer cre-abhängigen Channelrhodopsin-2 Expression in Parvalbumin-cre, Somatostatin-cre und Vasoaktives Intestinales Polypeptid-cre Mauslinien) mit BAC-transgenen Tieren kreuzen und von den Zielzellen unter Lichtstimulation ableiten. Wichtig ist, dass wir dann aber im Hauptexperiment gepaarte Ableitungen von 3 Hauptzelltypen durchführen werden (Korbzellen, KZ; Martinotti-Zellen, MZ; VIP-Bipolarzellen, BPZ), um deren synaptische Elementareigenschaften in den folgende prä-post synaptischen Paaren zu untersuchen: (i) MZ auf KZ und BPZ auf KZ, mit der Korbzelle als dem die perisomatische Region von Pyramidenzellen innervierendem Neuron; (ii) KZ auf BPZ und MZ auf BPZ, mit der Bipolarzelle als dem die intermediäre dendritische Region der Pyramidenzellen innervierendem Neuron; (iii) KZ auf MZ und BPZ auf MZ, mit der Martinotti-Zelle als dem die distale dendritische Region der Pyramidenzellen innervierendem Neuron. Dadurch, dass wir immer beide abgeleiteten Neurone mit Biocytin oder einem Fluoreszenzfarbstoff füllen werden und sie dann quantitativ und dreidimensional rekonstruieren, werden wir in der Lage sein, das Axon der präsynaptischen Zellen auf die somato-dendritische Domäne der postsynaptischen Zelle zu verfolgen. Auf diese Weise werden Anzahl und Lage der möglichen Synapsen mit Neurolucida-Software kartiert. Ein Teil dieser Kontakte wird im Elektronenmikroskop auf das tatsächliche Vorhandensein von Synapsen überprüft. Damit werden diese Untersuchungen einen großen Wissenszuwachs ermöglichen, wie die funktionelle und subzelluläre strukturelle Logik von inhibitorisch-inhibitorischen Verschaltungen ausgeprägt ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen