Steuerung schneller struktureller Änderungen von Astrozyten während neuronaler Plastizität und räumlichen Lernen

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Henneberger
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545084235

Die Beziehung zwischen Funktion und Struktur von Gehirnzellen und die gegenseitigen Wechselwirkungen zu verstehen, ist ein wichtiger Aspekt der Neurowissenschaften. Dies gilt nicht nur für Neuronen und deren synaptische Verbindungen, sondern auch für nicht-neuronale Zellen wie Astrozyten. In letzter Zeit wurden eine Reihe wichtiger neuer Entdeckungen in Bezug auf die Struktur von Astrozyten, ihre dynamischen Veränderungen und deren funktionellen Bedeutung gemacht. Neue morphologische Merkmale, organisatorische Prinzipien und Mechanismen der Morphogenese wurden entdeckt und charakterisiert. Unerwartete physiologische Auslöser von Veränderungen in der Astrozytenmorphologie wurden identifiziert. Ebenso werden kontinuierlich wichtige neue Erkenntnisse darüber gewonnen, wie die astrozytäre Morphologie und deren Veränderungen ihre subzelluläre Signalwege und die neuronale Signalverarbeitung kontrollieren und wie sich dies auf komplexe Verhaltensweisen auswirkt. Wir haben zu dieser Forschung beigetragen, indem wir entdeckt haben, wie die Induktion der Langzeitpotenzierung (LTP) der synaptischen Übertragung und von epileptischer Aktivität die Morphologie von hippokampalen Astrozyten in Minuten verändern kann. Zwei wichtige Fragen ergeben sich aus unserer Arbeit: Welche astrozytären Signalwege sind für die mit LTP verbundene Umgestaltung von Astrozyten wichtig, und wie beeinflussen diese das räumliche Gedächtnis? Wir schlagen vor, die für diese schnellen strukturellen Veränderungen relevanten astrozytären Signalmoleküle, die beteiligte Umgestaltung des astrozytären Zytoskeletts und möglicherweise von astrozytären Organellen aufzudecken und ihre Rolle bei der Bildung und Aktualisierung des räumlichen Gedächtnisses zu erforschen. Dies wird durch die Kombination etablierter experimenteller Techniken wie der Multiphotonen-Fluoreszenzmikroskopie, Elektrophysiologie, super resolution expansion microscopy und Verhaltenstests erreicht. Konkret werden wir zunächst das Erfassen der Astrozytenmorphologie weiter optimieren und dann die astrozytären Signalmoleküle identifizieren, die für die schnelle Umgestaltung von Astrozyten parallel zur synaptischen Plastizität wichtig sind. Wir werden auf diesen Ergebnissen aufbauen, um aufzudecken, wie die schnelle Umgestaltung von Astrozyten deren perisynaptische astrozytäre Prozesse, ihr Zytoskelett und die Verteilung des astrozytären endoplasmatischen Retikulums und der Mitochondrien beeinflusst. In einer weiteren Reihe von Experimenten werden wir die spezifische Rolle der astrozytären Strukturveränderungen bei der Bildung und Aktualisierung des räumlichen Gedächtnisses identifizieren. Generell wird das Projekt die erwarteten gegenseitigen Abhängigkeiten von strukturellen Veränderungen von Astrozyten, der Funktion von hippokampalen Synapsen und dem räumlichen Gedächtnis aufdecken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen