Wie sich unterschiedliche Nervenzellen im Auge entwickeln

Wie unterschiedliche Typen von Nervenzellen im sich entwickelnden tierischen Organismus gebildet werden – dazu haben Neurobiologen vom Centre for Organismal Studies (COS) der Universität Heidelberg neue Erkenntnisse gewonnen.

Mit Hilfe von speziellen Mikroskopen konnten sie den Entwicklungsprozess der neuronalen Netzhaut im Auge lebender Zebrafischembryonen beobachten. Über hochauflösende dreidimensionale Aufnahmen im Zeitraffer haben die Forscher gleichzeitig die Teilung von Nervenzellen der Augennetzhaut und Veränderungen der Genexpression verfolgt. Dies ermöglichte ihnen Einblicke, auf welche Weise die beiden Vorgänge während der Entwicklung der Augen gekoppelt sind und wie die Anzahl von unterschiedlichen Zelltypen reguliert wird.

Eine zentrale Frage der Entwicklungs- und Regenerationsneurobiologie befasst sich mit den Wachstumsprozessen im tierischen Organismus: Wie wird gewährleistet, dass im Gehirn die richtige Anzahl von jedem Nervenzelltyp und -subtyp gebildet wird, und wie sieht das Verhältnis zwischen diesen Zellen aus? Die Netzhaut besteht aus vielen verschiedenen Arten von Nervenzellen, die umfassend charakterisiert und bei allen Wirbeltieren gleich sind. Daher eignet sich die Netzhaut, die Retina, besonders gut als Modell zur Untersuchung der neuronalen Entwicklung. Für die Untersuchung dieser retinalen Entwicklungsprozesse nutzten die Forscher Zebrafischembryonen, da diese komplett durchsichtig sind und in raschem Tempo außerhalb des Mutterleibs heranwachsen.

Alle Zellen der Netzhaut, die sich in „erregende“ (exzitatorische) und „hemmende“ (inhibitorische) Nervenzellen unterteilen lassen, entstehen aus einer relativ kleinen Anzahl von allem Anschein nach gleich gearteten Vorläuferzellen. Diese Vorläufer können alle unterschiedlichen Zelltypen der Netzhaut generieren. „Es ist eine Herausforderung zu verstehen, wie jede Vorläuferzelle zur korrekten Anzahl und zum richtigen Subtyp der Nervenzellen beiträgt, die das endgültige retinale Netzwerk bilden. Unsere Arbeit leistet einen Beitrag zum Verständnis, wie unterschiedliche Gene die neuronale Diversität entlang der Abstammungslinie einer Vorläuferzelle gewährleisten. Hier geht es um die Frage, welche Gene nach welchen Zellteilungen definierter Zellen der Retina an- oder ausgeschaltet werden, um bestimmte Typen von Nervenzellen zu generieren“, sagt die Heidelberger Wissenschaftlerin Dr. Lucia Poggi.

Das Team um Dr. Poggi nutzte für die Untersuchungen unterschiedliche transgene Zebrafische, in denen fluoreszent leuchtende Reporterproteine das Vorhandensein verschiedener Gene in sich teilenden Zellen anzeigen. In Zusammenarbeit mit Dr. Patricia Jusuf vom Australian Regenerative Medicine Institute an der Monash University fanden die Forscher heraus, dass bestimmte Arten von erregenden und hemmenden Nervenzellen verwandt sind, also eine gemeinsame Vorläuferzelle haben. Zum ersten Mal ermöglichten 4D-Aufnahmen eine In-vivo-Analyse, wie durch Koordination von Zellteilungsmodus und Genexpression in einzelnen retinalen Vorläufern von erregenden Zellen die Entstehung von bestimmten hemmenden Zellen reguliert wird.

Aus ihren Erkenntnissen haben die Forscher ein Modell dieser Prozesse entwickelt, das die Abstammung neuronaler Subtypen und die Bildung von neuronalen Schaltkreisen in der natürlichen Umgebung des Wirbeltier-Gehirns erklärt. Die Forschungsergebnisse wurden im „Journal of Neuroscience“ veröffentlicht.

Informationen im Internet sind unter http://www.cos.uni-heidelberg.de/index.php/j.wittbrodt/l.poggi?l=_e zu finden.

Originalveröffentlichung:
P.R. Jusuf, S. Albadri, A. Paolini, P.D. Currie, F. Argenton, S. Higashijima, W.A. Harris, and L. Poggi: Biasing Amacrine Subtypes in the Atoh7 Lineage through Expression of Barhl2, The Journal of Neuroscience, 3 October 2012, 32(40): 13929-13944; doi: 10.1523/JNEUROSCI.2073-12.2012
Kontakt:
Dr. Lucia Poggi
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