Mehrfarbige Markierung von einzelnen Nervenzellen

Der Hirnrinde bzw. äußeren Nervengewebeschicht im Gehirn von Säugetieren kommen zahlreiche Funktionen wie Gedächtnis, Aufmerksamkeit und Sprache zu. Die grundlegenden Funktionseinheiten der Hirnrinde sind kortikale Minikolumnen, die jeweils aus etwa hundert Neuronen bestehen und sich aus embryonalen Vorläuferzellen entwickeln. Bisher war es schwierig, gleichzeitig mehrere neurale Vorläuferzellen unterschiedlich zu markieren und die Entwicklung der Tochterzellen über längere Zeiträume zu beobachten.

Das noch laufende EU-finanzierte Projekt BRAINBOWAKT (Novel genetic engineering approaches for lineage analysis and exploration of Akt function in cortical development) setzt für die Darstellung von Einzelneuronen nun eine bahnbrechende neue Methode ein. Brainbow kann Einzelneuronen im Gehirn mittels fluoreszierender Proteine von benachbarten Neuronen unterscheiden.

Die Wissenschaftler entwickelten innovative gentechnische Verfahren, um mehrere benachbarte Vorläuferzellen und deren Tochterzellen in vivo mit eindeutigen Markierungen zu versehen. Brainbow-Konstrukte, die eine breite Palette aus Markern in drei Farbskalen (rot, gelb und bläulich fluoreszierende Proteine) exprimieren, wurden an spezifische subzelluläre Kompartimenten gebunden. Diese Transgene wurden mittels Elektroporation in das Vorderhirn von Mausembryonen eingeschleust. So konnten Vorläuferzellen über mehrere Zellteilungszyklen markiert und die Tochterzellen bis in adulte Stadien weiterbeobachtet werden. Bei transgenen Mäusen mit den neuen Brainbow-Konstrukten konnten neurale Vorläuferzellen in Stadien und an Stellen markiert werden, wo keine Elektroporation möglich ist.

Brainbow wurde anschließend weiter optimiert, um die Funktion der interessierenden Proteine in vivo zu modulieren. Das Endergebnis war ein genetisches Mosaik mit farblich kodiertem Status der Genexpression in den Zellen. Mit diesem Ansatz können verschiedene Genexpressionsniveaus benachbarter Zellen aus derselben Probe beobachtet werden. Die Methode wird neue Erkenntnisse zu den wichtigsten molekularen Regulatoren der kortikalen Entwicklung liefern.

Mit der neu entwickelten mehrfarbigen multiklonalen Markierung werden derzeit die Bildung kortikaler Minikolumnen und Funktion der Serin/Threonin-spezifischen Proteinkinase B (Akt) analysiert, die bei vielen zellulären Prozessen wie Stoffwechsel, Überleben und Apoptose eine Schlüsselrolle spielen.