Zwei-Photonen-Mikroskop für in vivo Imaging
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Translaminare Zweiphotonenmikroskopie sensorisch evozierter Calcium-Signale in der somatosensorischen Hirnrinde der Etruskerspitzmaus In diesem Forschungsprojekt untersucht Robert Naumann aus unserer Arbeitsgruppe die somatosensorische Hirnrinde der Etruskerspitzmaus, Suncus etruscus. Die Etruskerspitzmaus ist das kleinste terrestrische Säugetier und hat ein Hirngewicht von nur 60 mg. Die Hirnrinde ist weniger als 500 µm dick. Mit Zweiphotonenmikroskopie ist es daher möglich alle Schichten der Hirnrinde dieses Säugers zu visualisieren, ein Unterfangen, das mit anderen Säugern wie z. B. Ratten und Mäusen unmöglich ist. In dem Forschungsvorhaben visualisiert Herr Naumann die Aktivität von Neuronen in der Hirnrinde mit synthetischen Kalziumindikatoren. Eine erhebliche experimentelle Schwierigkeit in diesem Versuchsvorhaben besteht dabei in der Narkose dieser recht fragilen Tiere. Die Ergebnisse zur kortikalen Aktivität der Etruskerspitzmaus zeigen Gemeinsamkeiten und Unterschiede zur kortikalen Aktivität in Nagern. Wie in Nagern zeigen die meisten Zellen der Hirnrinde nur geringe spontane und evozierte kortikale Aktivität. Anders als in Nagern findet sich allerdings eine größere Untergruppe von Nervenzellen mit extrem starken und zuverlässigen Kalziumantworten. Gezielte Ableitung von Neuronen, die GFP unter der Kontrolle des c-Fos Promotors exprimieren In diesem Kooperationsprojekt mit Professor Alison Barth von der Carnegie Mellon University in Pittsburgh und James Poulet am Max-Delbrück Zentrum Berlin werden gezielt Neurone abgeleitet, die GFP unter der Kontrolle des c-Fos Promotors exprimieren. Die Studie ist während eines Sabbaticals von Frau Barth in unseren Labor entstanden. Da wir bisher über fast keine gezielten Messungen von genetisch identifizierten Zellen im intakten Gehirn verfügen hat die Studie Pionier-Charakter. Sie zeigt zum ersten Mal, dass c-Fos positive Zellen sich in ihren sensorischen Antworten, von c-Fos negativen Zellen unterscheiden. Insbesondere zeigen die c-Fos positiven Zellen stärkere sensorische Antworten und eine höhere Spontanaktivität. Diese Resultate ergänzen in entscheidenden Punkten Daten aus in vitro Untersuchungen, die ebenfalls auf eine stärkere Verschaltung sensorischer Eingänge auf diese Zellen hinweisen. Somit leistet diese Arbeit einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis der immediate early gene expression in der Hirnrinde der Säuger und wurde entsprechend exzellent publiziert. Visualisierung von Mikrostimulationseffekten mit Zweiphotonenmikroskopie und Ca Imaging In dieses Forschungsprojekt wurde von Arthur Houweling in unserer Arbeitsgruppe initiiert und (nach seinem Weggang an das Erasmus MC) als Kooperationsprojekt fortgeführt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2009). Vibrissal touch in the Etruscan shrew. Scholarpedia, 4(11):6830
Roth-Alpermann C and Brecht M
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(2010). An embedded subnetwork of highly active neurons in the neocortex. Neuron. 2010 Dec 22; 68(6):1043-50
Yassin L, Benedetti BL, Jouhanneau JS, Wen JA, Poulet JF, Barth AL
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(2011). Translaminar imaging of calcium signals evoked by sensory stimuli in Etruscan shrew somatosensory cortex. SFN-abstracts 2011
Naumann, Kerr, Roth-Alpermann & Brecht
