Molekulare und physiologische Charakterisierung der Differenzierung von Purkinje Zellen zu Beginn der Entwicklung

• Antragstellerin: Friederike Stephani
• Fachliche Zuordnung: Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426359017

Das Cerebellum ist die neuronale Struktur im Hinterhirn welche hauptsächlich an der Koordination und Integration von motorischen und kognitiven Prozessen beteiligt ist. Bis jetzt wurde das Cerebellum hauptsächlich als homogene Einheit betrachtet, wobei seine Organisation in parasagittale Kompartimente weitgehend vernachlässigt wurde. Dies ist insbesondere im Bezug auf die physiologischen Eigenschaften und Funktion des Cerebellums deutlich geworden. Die wichtigsten Zellen im Cerebellum sind hemmende GABAnerge Purkinjezellen welche massive Dendriten besitzen, die in die molekulare Schicht projizieren. Der Hauptmarker, der zur Unterscheidung zwischen den beiden Arten von Purkinjezellen verwendet wird ist Zebrin-II dessen immunhistochemische Färbung ein charakteristisch gestreiftes Expressionsmuster im Cerebellum ergibt. Bis jetzt ist nicht bekannt, weshalb es zebrin-II positive und zebrin-II negtaive Purkinjezellen gibt. Jedoch konnte kürzlich gezeigt werden, dass sich die physiologischen Parameter, wie z.B. Feuerrate und Regularität, zwischen Purkinjezellen, die Zebrin exprimieren (zebrin-positive, ZII+) und solchen, die es nicht exprimieren (zebrin-negative, ZII-), unterscheiden. Dies zeigt, dass zebrin-II zu der Heterogenität zwischen den einzelnen Purkinjezellen beiträgt. Basierend auf diesen Erkenntnissen gehen wir davon aus, dass sich ZII+ und ZII- Purkinjezellen in ihrer genomischen Zusammensetzung sowie in ihren elektrophysiologischen Eigenschaften unterscheiden. In diesem Projekt wollen wir Purkinjezellen in Kultur bringen, um ZII+ und ZII- Zellen zu charakterisieren. Dazu werden wir verschiedene Reporter-Mauslinien benutzen und Purkinjezellen um Embryonaltag E18 isolieren, ein Zeitpunkt an dem das Cerebellum noch relativ unreif ist. Anschließend werden wir Ganzzell-Patch-Clamp-Ableitungen und Einzelzell-RNA-Sequenzierung kombinieren, um die Genexpression einzelner Zellen zu untersuchen und zu vergleichen. Aufgrund der Unterschiede in der Feuerrate und auch der Expression von z.B. TRPC3-Kanälen gehen wir davon aus, dass sich auch die Genexpression zwischen ZII+ und ZII- Purkinjezellen unterscheidet. Insbesondere TRPC3-Kanäle sind in Purkinjezellen stark exprimiert und tragen dort zur einfachen Spike-Aktivität in ZII- Purkinjezellen bei. Deshalb werden wir zuerst zwei verschiedene TRPC3 Maus Mutanten benutzen um ZII+ und ZII- Purkinjezellen zu analysieren. Des weiteren werden wir mit Hilfe des siRNA-knockdown untersuchen wie sich der Gen-spezifische-knockdown auf das Verhalten und die Differenzierung von ZII+ und ZII- Purkinjezellen auswirkt. Dazu werden wir Purkinjezellen mit verschiedenen Plasmiden transfizieren und elektrophysiologische Parameter sowie immunhistochemische Marker vergleichen.Die hier gewonnenen Erkenntnisse sind essentiell, um zu verstehen, wie die genetisch gesteuerte Differenzierung zu der zellulären Heterogenität beiträgt, die der unterschiedlichen Purkinjezell-Aktivität zugrunde liegt.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Gastgeber: Dr. Martijn Schonewille