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Arbeitsgruppe: Neuron-Glia-Interaktionen und extrazelluläre Matrix nach Schlaganfall
Neuron-Glia-Interaktionen spielen eine zentrale Rolle in der Regulierung der Homöostase und Plastizität des neuronalen Netzwerks. Die Aufgabe von Gliazellen wurde früher lediglich in der Unterstützung der Neuronen gesehen. Heute weiß man, dass Gliazellen bei vielen Aspekten neuronaler Erregung, neuronalen Wachstums und neuronalen Zellüberlebens eine wichtige Rolle spielen. Herauszustellen ist die Produktion der extrazellulären Matrix (EZM) durch Gliazellen. Je nach Form der extrazellulären Umgebung können neuronale Vernetzungen formbarer oder starr sein. Die Modifikation der subtilen Regulation der EZM unter pathologischen Bedingungen beeinträchtigt restaurative Prozesse, was zu neuronaler Schädigung führt. Die Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen EZM, Gliazellen und Neuronen in einem verletzten Gehirn ermöglicht die Entwicklung neuer Therapien gegen sekundäre Schlaganfallfolgen.

Unsere Forschungsprojekte im Überblick:
  • Die Neuorganisation neuronaler Netzwerk-Konnektivität und -Funktion nach Schlaganfall (Abbildung 1)
  • Die Analyse der Astrozyten-Morphologie und EZM-Reorganisation im geschädigten Hirn
  • Die Kontrolle neuronaler Synchronisation durch Astrozyten in vitro (unter Verwendung sog. "Multiple Electrode Arrays" (MEA))
  • Die Untersuchung der EZM-Organisation im Nanobereich unter Verwendung von superauflösender SIM-, STED- und STORM-Mikroskopie (Abbildung 2)

 

EZM-Astrozyten-Neuronen-Interaktion und neuronale Plastizität


Abbildung 1. EZM-Astrozyten-Neuronen-Interaktion und neuronale Plastizität. (A) Die hochorganisierte EZM verhindert adulte neuronale Plastizität durch eine inhibitorische Umgebung (in rot), durch Einschränkung Astrozyten-induzierter Plastizität und durch eingebettete inhibitorische Guidance-Moleküle. Nur einige offene Areale verbleiben, diese sind grün gekennzeichnet. (B) Infolge der Lockerung der EZM wird neuronale Plastizität induziert. Durch Destabilisation der inhibitorischen Umgebung und Freisetzung von Wachstumsfaktoren erhalten Synapsen "grünes Licht" zum Aussprossen. Astrozyten-induzierte Plastizität wird möglich. (C) Hippocampus-Neuronen einer adulten Maus wurden nach 21 Tagen in Kultur für den präsynaptischen Marker vesikulärer Glutamat-Transporter-1 (VGlut1), den exzitatorischen postsynaptischen Marker PSD95 und den EZM-Marker Aggrecan markiert. Wie (C) zeigt, finden sich strukturelle Synapsen besonders in den punktartigen EZM-freien Zonen.

 

Superauflösendes Mikroskopiebild der EZM eines einzelnen kortikalen Neurons


Abbildung 2. Superauflösendes Mikroskopiebild der EZM eines einzelnen kortikalen Neurons. Links: Das Netzwerk aus Makromolekülen (Aggrecan in rot; Glycane in grün) wurde mit der sog. "3 D Structured Illumination Mikroskopie" (SIM) analysiert. Rechts: Durch Bildbearbeitungsalgorithmen können die Eckpunkte des makromolekularen Netzwerks identifiziert werden.
Publikationen

Dzyubenko E, Gottschling C, Faissner A. Neuron-Glia Interactions in Neural Plasticity: Contributions of Neural Extracellular Matrix and Perineuronal Nets. Neural Plast. 2016; 14.

Gottschling C, Dzyubenko E, Geissler M, Faissner A. The indirect neuron-astrocyte co-culture assay: an in vitro set up for the detailed investigation of neuron-glia interactions. J Vis Exp. 2016; 117.

Dzyubenko E, Juckel G, Faissner A. The antipsychotic drugs olanzapine and haloperidol modify network connectivity and spontaneous activity of neural networks in vitro. Sci Rep. 2017; 7(1): 11609.

Dzyubenko E, Rozenberg A, Hermann DM, Faissner A. Colocalization of synapse marker proteins evaluated by STED-microscopy reveals patterns of neuronal synapse distribution in vitro. J Neurosci Meth. 2017; 273: 149-159.
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