Teilprojekt 4

Teilprojekt 4

Erforschung der Homöostase in neuronalen Subkompartimenten durch lokalisierte Zwei-Photonen-Anregung und Hochauflösende-Mikroskopie

Unser Projekt hat zum Ziel, die molekularen Mechanismen zu verstehen, die den Regeln der neuronalen Plastizität unter physiologischen und pathologischen Bedingungen zugrunde liegen. Von besonderer Bedeutung ist, wie das Gleichgewicht zwischen Anpassungsfähigkeit (Plastizität) und Stabilität (Homöostase) innerhalb von Netzwerken des zentralen Nervensystems sowie innerhalb verschiedener neuronaler Kompartimente aufrechterhalten wird. Daher erstreben wir, die molekulare Dynamik innerhalb verschiedener neuronaler Subkompartimente bei Veränderungen des neuronalen Homöostasestatus zu vergleichen und diese mit der hochaufgelösten Morphologie der Dendriten sowie der neuronalen Aktivierung zu korrelieren. Zu diesem Zweck werden wir interdisziplinäres Fachwissen aus den Ingenieur- und Biowissenschaften kombinieren, einschließlich neuartiger, nanometrischer und programmierbarer LED-Anregungstechnologien, ad hoc hergestellter mikrofluidischer Kammern sowie High-End-Detektionstechnologien, um gleichzeitig die mikroskopische neuronale Morphologie mit der höchstmöglichen Auflösung und das Verhalten tausender einzelner Biomoleküle innerhalb verschiedener subneuronaler Kompartimente zu beobachten. Dabei können wir insbesondere auf gemeinsame, bereits publizierte methodische Vorarbeiten zurückgreifen, in denen wir z.B. Einzelmoleküldynamiken in gewünschten neuronalen Bereichen durch gezieltes Platzieren von auf 250 nm begrenzten 2-Photonen-Anregungsvolumina beobachtet haben und gleichzeitig die Änderung der Membranmorphologie lebender Nervenzellen mit neuartigen hochaufgelösten Fluoreszenzmethoden dokumentieren konnten.

Schematische Dartsellung der Mikrofluidikkammer
Schematische Dartsellung der Mikrofluidikkammer: A: getrennte Manipulation und Bildgebung von Axonalendigungen und Dendriten. A’: Einsatz: die lokale Superfusion zur gezielten Manipulation von Dendritenverzweigungen. B: Position des lokalen Superfusionsspots (hellblau) und von Zwei-Photonen-Beobachtungsvolumina (rote Punkte) an Dendriten innerhalb (M: Manipulationen) oder außerhalb (C: Kontrolle) des Superfusionsbereichs. C: Spots mit mehreren 2-Photonen-Volumina (hellrot), die die Messung der Dynamik (Pfeile) mehrerer Biomoleküle (markiert mit verschiedenen Fluorochromen, rote oder grüne Punkte) ermöglicht.

Veröffentlichungen:

  • Chen, J. H., Kellner, Y., Zagrebelsky, M., Grunwald, M., Korte, M., & Walla, P. J. (2015). Two-Photon Correlation Spectroscopy in Single Dendritic Spines Reveals Fast Actin Filament Reorganization during Activity-Dependent Growth. PloS one, 10(5), e0128241. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0128241
  • Fricke, S., Metzdorf, K., Ohm, M., Haak, S., Heine, M., Korte, M., & Zagrebelsky, M. (2019). Fast Regulation of GABAAR Diffusion Dynamics by Nogo-A Signaling. Cell reports, 29(3), 671–684.e6. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2019.09.015
  • Hafi, N., Grunwald, M., van den Heuvel, L. S., Aspelmeier, T., Steinem, C., Korte, M., Munk, A., & Walla, P. J. (2016). Reply to "Polarization modulation adds little additional information to super-resolution fluorescence microscopy". Nature methods, 13(1), 8–9. https://doi.org/10.1038/nmeth.3721
  • Kellner, Y., Fricke, S., Kramer, S., Iobbi, C., Wierenga, C. J., Schwab, M. E., Korte, M., & Zagrebelsky, M. (2016). Nogo-A controls structural plasticity at dendritic spines by rapidly modulating actin dynamics. Hippocampus, 26(6), 816–831. https://doi.org/10.1002/hipo.22565
  • Michaelsen-Preusse, K., Zessin, S., Grigoryan, G., Scharkowski, F., Feuge, J., Remus, A., & Korte, M. (2016). Neuronal profilins in health and disease: Relevance for spine plasticity and Fragile X syndrome. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 113(12), 3365–3370. https://doi.org/10.1073/pnas.1516697113

  • Pieper, A., Hohgardt, M., Willich, M., Gacek, D. A., Hafi, N., Pfennig, D., Albrecht, A., & Walla, P. J. (2018). Biomimetic light-harvesting funnels for re-directioning of diffuse light. Nature communications, 9(1), 666. https://doi.org/10.1038/s41467-018-03103-4

  • Zagrebelsky, M., Gödecke, N., Remus, A., & Korte, M. (2018). Cell type-specific effects of BDNF in modulating dendritic architecture of hippocampal neurons. Brain structure & function, 223(8), 3689–3709. https://doi.org/10.1007/s00429-018-1715-0

Kontakt


Prof. Dr. Martin Korte
Technische Universität Braunschweig
Zoologisches Institut
Abteilung für Zelluläre Neurobiologie
Spielmannstraße 7
38106 Braunschweig
Tel.: 0531 391-3220
E-Mail: m.korte@tu-braunschweig.de
www.tu-braunschweig.de/zoology


Dr. Marta Zagrebelsky
TU Braunschweig
Zoologisches Institut
Abt. Zelluläre Neurobiologie
Biozentrum
Spielmannstr. 7
38106 Braunschweig
Tel.: +49 (0)531 391 3225
Email: m.zagrebelsky[at]tu-braunschweig.de
https://www.tu-braunschweig.de/zoology/forschung/cellular-neurobiology/ag-zagrebelsky


Prof. Dr. Peter Jomo Walla
Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig
BRICS - Braunschweig Integrated Centre of Systems Biology
Rebenring 56
38106 Braunschweig
Germany
Tel: +49 531 / 391-5328
Email: p.walla(at)tu-braunschweig.de
https://www.tu-braunschweig.de/pci/agwalla