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Kommunikation zwischen Astrozyten und Neuronen im Gehirn

Wie Astrozyten und Neuronen im Gehirn auf molekularer Ebene miteinander interagieren, ist noch größtenteils ungeklärt. Ein EU-finanziertes Gemeinschaftsprojekt sollte untersuchen, wie eine veränderte Regulierung von Astrozyten das neuronale Netzwerk im Gehirn beeinflusst.
Kommunikation zwischen Astrozyten und Neuronen im Gehirn
Prinzipiell basieren Hirnfunktionen auf der neuronalen Aktivität und den Signalprozessen zwischen den Neuronen. Astrozyten unterstützen, davon geht man aus, die ordnungsgemäße Funktion der Neuronen. An Zellkulturen und Hirnschnitten wurde nun nachgewiesen, dass der Kommunikation zwischen Astrozyten und Neuronen eine wichtige Rolle zukommt. Die Eigenschaften von Astrozyten und deren Funktion im lebenden Organismus sind aber bislang noch weitgehend unbekannt. Hauptziel des Projekts NEUGLIANET (Role of astrocytes in neuronal network function in visual cortex) war daher, den Effekt von Astrozyten auf die Funktion des neuronalen Netzes und die Verarbeitung sensorischer Informationen in vivo zu untersuchen.

In der ersten Projektphase wurden modernste Forschungsinstrumente für physiologische Echtzeitaufnahmen angeschafft, um Aktivitäten von Neuronen und Astrozyten in den Regionen des visuellen Kortex (V1) darzustellen. Die Effekte der Astrozyten auf die neuronale Netzwerkaktivität sollten mit neuen optogenetischen Instrumenten untersucht werden, mit denen die Aktivität der Astrozyten selektiv manipuliert werden kann. Mittels 2-Photonen-Mikroskopie für die Kalziumbildgebung und elektrophysiologischen Aufnahmen wurde die neuronale elektrische Aktivität in vitro und in vivo ermittelt.

Die Astrozyten wurden mittels eines adenoassoziierten Virusvektors mit einem lichtempfindlichen ChR2 (channelrhodopsin-2) in einem astrozytenspezifischen Promotor behandelt. Anschließend wurde die neuronale Aktivität der neuronalen Schichten 2/3 im V1 aufgezeichnet. Analysen dieser neuronalen Aktivität zeigten, dass die optogenetische Aktivierung von Astrozyten eine spontane exzitatorische und inhibitorische synaptische Übertragung induziert. Die Effekte der Astrozytenaktivität waren zellspezifisch.

Mittels 2-Photonenmikroskopie (elektrophysiologische Aufnahmen von Einzelzellen) wurde auch in vivo die selektive Fotostimulation der Astrozyten demonstriert, was offenbar wichtige Eigenschaften der Reaktion von Neuronen im visuellen Kortex beeinflusst. Die Astrozyten verringerten die inhibitorische Übertragung in kortikalen Netzwerken, indem sie bestimmte Untereinheiten von inhibitorischen Neuronen stimulieren.

Insgesamt zeigte das Projekt, dass die Astrozyten das Gleichgewicht zwischen Erregung und Inhibition in neuronalen Schaltkreisen des Kortex über die duale Kontrolle der exzitatorischen und inhibitorischen Aktivität steuern. Veröffentlicht wurden die Projektergebnisse in mehreren renommierten Fachzeitschriften.

Die Astrozytenforschung ist eines der interessantesten Forschungsgebiete der modernen Neurowissenschaften. Während der ersten Projektphase machte NEUGLIANET signifikante Fortschritte bei der Charakterisierung ihrer Aktivität, speziell bei der Verarbeitung sensorischer Informationen im visuellen Kortex.

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