Astrozyten im Mittelpunkt des Gehirns
Das EU-geförderte Projekt PLASTICASTROS (Plasticity at the tripartite synapse: an in vivo study of astrocyte-synapse interactions in the mammalian cortex) untersuchte den Einfluss von Astrozyten auf neuronale Netze in einer lebenden Maus. Astrozyten haben dünne spinnenartige Erweiterungen, die neuronale Synapsen umhüllen. Mithilfe eines in silico-Bildschirms identifizierten die Forscher rund 25 Zelladhäsionsmoleküle (CAM), für die die Funktion in Astrozyten unbekannt ist. Als Ersatz für bestehende Transkriptom-Profilierungswerkzeuge, die viel zu zeitaufwendig sind, entwickelte das Team ein kostengünstiges, schnelles und flexibles System. Dieses Tool ermöglicht die genetische Manipulation von ausgewählten Bahnen in Gehirnzellen. Theoretisch sollte dieses Verfahren beispielsweise auf Ratten übertragbar sein, für die es keine geeigneten transgenen Linien gibt. Die Konstrukte wurden erzeugt, um die Beteiligung von ausgewählten CAM an Signalwegen bei Überexpression zu analysieren. Zukünftige Forschungspläne umfassen selektive Eliminierung der Proteine, um ihre Auswirkungen auf Astrozyten-Physiologie, Synapsenstruktur und schließlich auf das Mausverhalten zu bestimmen. Die Forscher arbeiteten an der aufwachenden Maus mit Fokus auf dem visuellen Kortex. Sie überwachten die Kalziumdynamik in Astrozyten in dieser Region des Gehirns. Die Signale bei der visuellen Stimulation der Hirnrinde ergaben ein Raum-Zeit-dynamisches Muster. Dieses Muster war unterscheidbar von der optisch ausgelösten Komponente des Kalziumsignals in einzelnen Zellen sowie im weiteren Astrozytennetzwerk. Darüber hinaus konnten diese auch von den durch Erregung hervorgerufenen Signalen unterschieden werden. Um die physiologischen Daten mit der Struktur von einzelnen Astrozytenprozessen zu verknüpfen, verwendeten die Wissenschaftler korrelative Licht- und Elektronenmikroskopie. Nach in-vivo-Bildgebung wurden Gehirne für die Elektronenmikroskopie mit serieller Blockfläche verarbeitet, um hochauflösende 3D-Bilder zu erzeugen. Die Projektarbeit von PLASTICASTROS schuf eine maßgebliche Basis für künftige Arbeiten zur Astrozytensignalisierung. Typische Anwendungen sind Veränderungen bei neurologischen Erkrankungen wie Schizophrenie, wo der Informationsfluss beeinflusst wird.
