Entwicklungsbedingte Reifung cochleärer Bändersynapsen

Die Wahrnehmung von Geräuschen erfolgt über die aufsteigende Hörbahn, die vom Ohr bis zur Hörrinde des Gehirns reicht. Der erste Teil der Hörbahn umfasst das Außenohr, um die Schallwellen zu erfassen, das Mittelohr, um das akustische Signal weiterzuleiten und zu verstärken, und das Innenohr, wo spezialisierte Sinneszellen die durch Schall induzierten Schwingungen in eine Nachricht umwandeln, die an das Gehirn übermittelt werden kann. Diese auditorischen Sinneszellen sogenannte innere Haarzellen (IHZ) bilden mikroskopische haarähnliche Fortsätze am apikalen Zellpol, die sich bei schallbedingter mechanischer Auslenkung abbiegen und dadurch die IHZ aktivieren. Die IHZ kann diese Aktivierung dann über synaptische Kontakte an angeschlossene Nervenzellen der aufsteigenden Hörbahn übermitteln. An diesen hochspezialisierten Kontakten aktiviert die präsynaptische Freisetzung von Neurotransmitter-Molekülen spezifische Rezeptoren auf dem verbundenen postsynaptischen Neuron und leitet dadurch die präzise Umwandlung des Schallreizes in neuronalen Code ein. Während der Entwicklung der Hörbahn finden verschiedene strukturelle Veränderungen statt, die zur Entstehung und Optimierung dieser äußerst effizienten Synapsen führen, wie z. B. die Umstrukturierung und strukturelle Neuausrichtung wichtiger Gerüstproteine, sowie der verschiedenen Arten von Neurotransmitter-Rezeptoren. Bislang wurden diese entwicklungsbedingten Prozesse hauptsächlich auf Seiten der IHZ also präsynaptisch untersucht, während die Entwicklung der postsynaptischen Dichte in den angeschlossenen Nervenzellen bisher weitgehend vernachlässigt wurde. In diesem Projekt werden wir daher die Entwicklung der synaptischen Verbindungen zwischen IHCs und auditorischen Neuronen von Mäusen im Detail untersuchen. Hierbei liegt ein besonderes Augenmerk auf der Reifung des postsynaptischen Kompartiments. Unser Ziel ist es, die Expressionsmuster von Gerüstproteinen und Rezeptoren der Postsynapse während der ersten zwei Wochen der postnatalen Entwicklung zu etablieren und funktionell zu charakterisieren. Außerdem planen wir, die Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen synaptischen Proteinen und Rezeptoren im Detail zu untersuchen und die Auswirkung verschiedener neuronaler Aktivierungszustände auf deren räumliche Organisation zu testen. Hierfür verwenden wir ein Modellsystem, bei dem das Innenohr junger Mäuse extrahiert und in einer Kulturschale unter physiologischen Bedingungen für Lebendzell-Experimente konserviert wird. Diese Methodik erhält die Gewebestruktur und damit auch die Verbindungen zwischen IHZ und den angeschlossenen auditorischen Neuronen. Die Kombination von Gewebe aus verschiedenen Reportermauslinien, chemischem Labelings und diversen Fluoreszenzmikroskopie-Techniken ermöglichen dann die Visualisierung von ausgewählte Ziel-Strukturen und erlaubt es somit Licht auf die unerforschten Entwicklungsprozesse zu werfen, die zur adäquaten Reifung der ersten auditorischen Synapse beitragen.