Forschung Anatomie III

Arbeitsgruppe Prof. Jörg Stehle

Molekulare Mechanismen der Zeitmessung

Im Fokus der Arbeitsgruppe stehen Forschungsprojekte, die sich mit der zeitmessenden Kompetenz von Neuronen beschäftigen. Der von uns erbrachte Nachweis rhythmisch exprimierter Uhrengenproteinen im Hippocampus der Maus legt eine Beteiligung dieser Faktoren an neuronaler Plastizität nahe. Da Lernvorgänge eindeutig von der Tageszeit abhängen, werden zurzeit molekulare Mechanismen im Zusammenhang mit der zeitabhängigen Gedächtnisengrammierung analysiert. Die experimentellen Untersuchungen spannen dabei den Bogen von Verhaltensexperimenten über Microarrayanalysen differentiell exprimierter Gene im Hippocampus und der Zergliederung von Lern-relevanten Signaltransduktionsvorgängen bis zur Analyse der Dynamik von Chromatinremodelling in hippokampalen Zellen. Als weiterer Aspekt wird die Beeinflussbarkeit der Gedächtnisengrammierung im Tagesgang, insbesondere durch das Hormon des Pinealorgans, das Melatonin, untersucht.

Kooperationsprojekt Tageszeit und Kognition

Kooperationsprojekt zwischen den Institut der Anatomie III und dem Zentrum für Neurologie (Leiter: Prof. Dr. med. Helmuth Steinmetz).
In einem Zentrum-übergreifenden Kooperationsansatz zwischen dem Institut für Anatomie III (Zelluläre und molekulare Anatomie) und der Arbeitsgruppe von Herrn Dr. med. Christian Kell (www.brainclocks.com) am Zentrum der Neurologie wird multimethodisch die Tageszeitabhängigkeit von kognitiven Leistungen erforscht.
Hierbei werden zum einen im Tiermodell der Maus die molekularen Mechanismen der Zeitmessung in hippokampalen Neuronen dechivriert, die für die unterschiedliche Leistungsfähigkeit bei der Gedächtnisengrammierung am Tag und während der Nacht verantwortlich sind.
Zum anderen wird mittels bildgebender Verfahren durch fMRT Studien beim Menschen untersucht, wie sich kortikale Aktivitätsmuster im Tagesgang antizipatorisch verändern, um eine optimierte Kognition und Verarbeitung von sensorischen Reizen zu gewährleisten.


Arbeitsgruppe Prof. Helmut A. Oelschläger

Die Morphologie und Funktion des Gehirns und der Sinnesorgane bei Säugetieren

Biosonar der Delphine

Hier handelt es sich um das Verständnis der strukturellen Grundlagen sowie der Generation, Emission und Perzeption von Ultraschall bei Zahnwalen (Biosonar). Dabei wird das Gehirn mit seinen walspezifischen Charakteristika als ein natürliches Interface zwischen den afferenten Sinnessystemen und der efferenten Motorik (Navigation) bzw. der Kommunikation einbezogen. In diesem Zusammenhang ist die Erforschung der Nasenregion (Sender) sowie der Ohrregion (Empfänger) von Zahnwalen von besonderer Bedeutung. Für die Rekonstruktion der Evolutionstrends bei der Anpassung an den Lebensraum Wasser ist auch die vergleichende Untersuchung der Huftiere („Vorfahrenkonstruktion“) wichtig. Dabei werden makroskopische, histologische, embryologische und moderne bildgebende Verfahren (CT, MRT) eingesetzt. Sie dienen der Grundlagenforschung, wobei ein besseres Verständnis des Sonarsystems der Zahnwale auch einen Beitrag zum Schutz derselben leisten kann. Umfangreiche Forschungsergebnisse zu diesem Themenkreis wurden in Buchpublikationen zusammengefasst (Cozzi et al. 2017, Huggenberger et al. 2018).

Neokortex der Zahnwale 

Unsere Untersuchungen des Neocortex (Hirnrinde) bei Zahnwalen und anderen Säugetieren dienen der Analyse der primären Projektionsfelder sowie deren Neuronendichten mit modernen stereologischen Methoden. Ein wesentlicher Aspekt dieser internationalen Kooperation ist die Korrelation der qualitativen und quantitativen Neuroanatomie der Hirnrinde mit der Funktion sowie der Evolution von Sinnessystemen bei Säugetieren. Dabei steht die Synthese eigener Ergebnisse mit aktuellen Daten anderer naturwissenschaftlicher Disziplinen im Vordergrund.

Magnetfeld- Perzeption bei Säugetieren

Ein herausragender Aspekt ist die experimentelle Forschung zur Neuroanatomie und Neuroethologie der Magnetfeld- Perzeption bei unterirdisch lebenden sambischen Graumullen (Fukomys anselli, Rodentia). Diese Nagetiere stehen in der Körpergröße zwischen Maus und Ratte. Sie sind bis jetzt die einzigen Säugetiere, bei denen eine spontan auftretende, auf einem inneren Magnetkompass beruhende Himmelsrichtungspräferenz eindeutig und reproduzierbar nachgewiesen ist. Dieser Magnetsinn wurde auch ethologisch charakterisiert. Graumulle sind von Natur aus mikrophthalmisch und „blind“ (kein Bild- bzw. Bewegungssehen) und setzen ihren Magnetsinn auch für die Orientierung unter Laborbedingungen und während des ganzen Jahres ein. Daher sind sie als Paradigma für die Untersuchung von sensorischen und neuronalen Mechanismen der Magnetfeldwahrnehmung einzigartig geeignet (Nĕmec et al. 2001. Science, 294: 366-368).


Arbeitsgruppe Prof. Leo Peichl

Vergleichende Netzhautforschung

Die Retina (Netzhaut) des Auges ist die Eingangsstation des Sehsystems. Die Retinae aller Säugetiere haben einen gemeinsamen Grundbauplan. Diesem überlagert sind allerdings deutliche artspezifische Unterschiede, die durch evolutionäre Anpassung an unterschiedliche visuelle Erfordernisse entstanden. Unsere vergleichenden Untersuchungen an Säugetieren mit verschiedenen Lebensweisen zielen darauf, (i) Gemeinsamkeiten zu identifizieren, die auf konservierte und damit für alle Arten wichtige Eigenschaften der retinalen Bildverarbeitung hinweisen, und (ii) Spezialisierungen und ihre potentiellen Vorteile für die jeweilige Art zu analysieren. Unsere Ergebnisse tragen zur Beantwortung der grundsätzlichen Frage bei, wie flexibel der Bauplan der Säuger-Retina bei der Reaktion auf evolutionären Druck ist.

Der gegenwärtige Schwerpunkt unserer Forschung liegt auf den Photorezeptoren (Lichtsinneszellen). Alle Säugetiere besitzen zwei Klassen von Photorezeptoren: Zapfen für das Sehen bei Tageslicht und das Farbensehen, sowie Stäbchen für das Dämmerungs- und Nachtsehen. Als Anpassung haben nachtaktive Säuger sehr viele Stäbchen und nur einen geringen Zapfenanteil, während tagaktive Säuger weniger Stäbchen und einen höheren Zapfenanteil haben. Zum Farbensehen werden mehrere Zapfentypen mit unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit benötigt. Die spektrale Empfindlichkeit wird durch das jeweilige Sehpigment (Opsin) bestimmt, das ein Zapfen enthält. Wir Menschen und die anderen Altwelt-Primaten haben drei spektrale Zapfentypen (Blau-, Grün- und Rotzapfen), die uns „trichromatisches“ Farbensehen ermöglichen, während die meisten anderen Säuger nur zwei spektrale Zapfentypen (im allgemeinen Grün- und Blauzapfen) und damit ein reduziertes, „dichromatisches“ Farbensehen besitzen. Dies gilt auch für die meisten nachtaktiven Säuger. Bei einigen Säugetierarten konnten wir nachweisen, dass ihnen die Blauzapfen fehlen und sie damit farbenblind sind. Dazu gehören z.B. die Wale und Robben. Bei anderen Säugetieren (z.B. Fledermäusen und einigen Nagern) konnten wir zeigen, dass sie ein ultraviolett-empfindliches statt blau-empfindliches Zapfen-Opsin haben. Bei Vögeln fanden wir in den UV-empfindlichen Zapfen eine lichtaktivierte Form des Moleküls Cryptochrom 1a, der eine wichtige Rolle für die Orientierung und Navigation im Erdmagnetfeld zugeschrieben wird. Das homologe Säugetier-Molekül Cryptochrom 1 fanden wir in den Blauzapfen hundeartiger Carnivoren und einiger Primaten. Wir untersuchen die Photorezeptor-Eigenschaften weiterer Säugetiere mit ungewöhnlichen Lebensweisen und Lebensräumen.


Arbeitsgruppe Prof. Abdelhaq Rami

Mechanismen der Neurodegeneration nach der Ischämie

Der Forschungsschwerpunkt unter der Leitung von HSD Dr. Dr. A. Rami konzentriert sich auf das Gebiet der Neurodegeneration, Neuroprotektion und auf die Mechanismen der selektiven Vulnerabilität nach zerebraler Ischämie.

Der wesentliche Gegenstand dieser Untersuchungen ist das Verständnis der sogenannten "Calpain-Caspase-Hypothese" als Drehpunkt der Neurotoxizität. Die laufende Projekte beschäftigen sich zur Zeit mit der Rolle der IAPs (Inhibior of Apoptosis Proteins) und den IAPs regulierenden Proteine bei der Steuerung des Apoptosoms nach einer zerebralen Ischämie.
IAPs stellen eine Protein-Familie dar, die über die Hemmung von Caspasen einen antiapoptotischen Einfluss auf späte Ereignisse der Apoptose haben und auf viele Apoptose-induzierende Stimuli hemmend wirken könnten. Mit Hilfe des Modells der fokalen Ischämie bei der Ratte und an hippokampalen Primärkulturen der Ratte sollen folgende Fragen geprüft werden, um neue anti-apoptotische Mechanismen definieren zu können:

  1. Welche IAPs werden wie und wann beeinflusst?
  2. Existieren Korrelationen zwischen der intrahippokampalen Verteilung der IAPs und dem Phänomen der selektiven Vulnerabilität?
  3. Gibt es Rückkopplungsmechanismen zwischen IAPs, IAPs-regulierenden Proteinen und Caspasen?
  4. Welche Signalwege sind daran beteiligt?

Durch die Korrelation der Aktivierung der Caspasen und der endogenen Regulation des Apoptosoms mit den neuropathologischen Befunden ergeben sich möglicherweise Hinweise zum Verständnis der Mechanismen der Neurodegeneration.