Die AG Embryonale Neurogenese unter der Leitung von Prof. Dr. Alexander Storch beschäftigt sich schwerpunktmäßig mit den Mechanismen der neuronalen Plastizität während der Gehirnentwicklung. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Erforschung des Einflusses von Sauerstoff auf embryonale neuronale Stammzellen sowie auf die Entwicklung verschiedener Gehirnregionen.

Ziel der Forschungsarbeiten ist es, die zugrunde liegenden molekularen und zellulären Mechanismen der sauerstoffabhängigen Neurogenese besser zu verstehen. Sauerstoff ist nicht nur für die Energieversorgung und den Stoffwechsel unseres Körpers von zentraler Bedeutung, sondern fungiert zugleich als wichtiger Signalfaktor für zahlreiche biologische Prozesse. Diese reichen von der Bildung neuer Blutzellen bis hin zur Entwicklung des Gehirns. Eine zentrale Rolle bei der zellulären Wahrnehmung und Verarbeitung von Veränderungen des Sauerstoffangebots spielen die sogenannten Hypoxia-inducible Factors (HIFs). Für die Entdeckung der molekularen Mechanismen der Sauerstoffwahrnehmung und der HIF-vermittelten Signalwege wurde 2019 der Nobelpreis für Physiologie oder Medizin an William G. Kaelin Jr., Sir Peter J. Ratcliffe und Gregg L. Semenza verliehen. HIF-Proteine werden in unseren Zellen kontinuierlich gebildet und unter normalen Sauerstoffbedingungen rasch wieder abgebaut. Bei einem verminderten Sauerstoffangebot wird dieser Abbau jedoch verlangsamt, sodass sich HIF-Proteine in der Zelle anreichern und in den Zellkern gelangen können. Dort regulieren sie die Expression zahlreicher Gene und ermöglichen es den Zellen, auf veränderte Sauerstoffbedingungen zu reagieren. Da Sauerstoff nachweislich einen wesentlichen Einfluss auf die Entwicklung des Gehirns hat, ist davon auszugehen, dass auch HIF-vermittelte Signalwege während der Gehirnentwicklung eine wichtige Rolle spielen. Welche Bedeutung diese Mechanismen für die neuronale Entwicklung und Plastizität besitzen und inwieweit sie gezielt beeinflusst werden können, beispielsweise um den Folgen hypoxischer Ereignisse während der fetalen Entwicklung entgegenzuwirken, ist bislang jedoch noch nicht vollständig geklärt.

Zur Untersuchung dieser Fragestellungen kombiniert die Arbeitsgruppe verschiedene in vitro- und in vivo-Methoden. Dabei werden sowohl zelluläre Mechanismen in neuronalen und Stammzellkulturen als auch die Auswirkungen veränderter Sauerstoffbedingungen auf die neuronale Plastizität in genetisch veränderten Tiermodellen untersucht. Durch den gezielten Ausschluss der HIF-Untereinheiten HIF-1α und HIF-2α können deren spezifische Funktionen während der Gehirnentwicklung untersucht werden. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, unterschiedliche Sauerstoffbedingungen experimentell zu simulieren und Untersuchungen sowohl unter hypoxischen als auch unter hyperoxischen Bedingungen durchzuführen. Auf diese Weise sollen die komplexen Zusammenhänge zwischen Sauerstoffversorgung, HIF-Signalwegen und neuronaler Entwicklung entschlüsselt und ein besseres Verständnis der Mechanismen gewonnen werden, die der sauerstoffabhängigen Neurogenese und neuronalen Plastizität zugrunde liegen.Die aktuellen Projekte befassen sich insbesondere mit der perinatalen Regulation der Gehirnstruktur nach hypoxischen und hyperoxischen Ereignissen während der Gehirnentwicklung.

Lanto, J., M. M. N. Vehlken, V. Abramenko, A. Storch and F. Markert (2025). "Hyperoxia shows duration-dependent effects on the lengths of cell cycle phases in fetal cortical neural stem cells." Front Cell Dev Biol13: 1546131.

Walter-Manucharyan, M., M. Martin, J. Pfutzner, F. Markert, G. Rodel, A. Deussen, A. Hermann and A. Storch (2024). "Mitochondrial DNA replication is essential for neurogenesis but not gliogenesis in fetal neural stem cells." Dev Growth Differ66(8): 398-413.

Herrmann, A., A. K. Meyer, L. Braunschweig, L. Wagenfuehr, F. Markert, D. Kolitsch, V. Vukicevic, C. Hartmann, M. Siebert, M. Ehrhart-Bornstein, A. Hermann and A. Storch (2023). "Notch is Not Involved in Physioxia-Mediated Stem Cell Maintenance in Midbrain Neural Stem Cells." Int J Stem Cells16(3): 293-303.

Markert, F. and A. Storch (2022). "Hyperoxygenation During Mid-Neurogenesis Accelerates Cortical Development in the Fetal Mouse Brain." Front Cell Dev Biol10: 732682.

Braunschweig, L., J. Lanto, A. K. Meyer, F. Markert and A. Storch (2022). "Serial Gene Expression Profiling of Neural Stem Cells Shows Transcriptome Switch by Long-Term Physioxia from Metabolic Adaption to Cell Signaling Profile." Stem Cells Int 2022: 6718640.

Markert, F., L. Müller, K. Badstübner-Meeske & A. Storch (2020) Early Chronic Intermittent Maternal Hyperoxygenation Impairs Cortical Development by Inhibition of Pax6-Positive Apical Progenitor Cell Proliferation. Journal of neuropathology and experimental neurology.

Fauser, M., G. Weselek, C. Hauptmann, F. Markert, M. Gerlach, A. Hermann & a. Storch (2020) Catecholaminergic Innervation of Periventricular Neurogenic Regions of the Developing Mouse Brain | Frontiers in Neuroanatomy.

Wagenfuhr, L., A. K. Meyer, L. Marrone & A. Storch (2016) Oxygen Tension Within the Neurogenic Niche Regulates Dopaminergic Neurogenesis in the Developing Midbrain. Stem Cells Dev, 25, 227-38.

Wagenfuhr, L., A. K. Meyer, L. Braunschweig, L. Marrone & A. Storch (2015) Brain oxygen tension controls the expansion of outer subventricular zone-like basal progenitors in the developing mouse brain. Development, 142, 2904-15.

Braunschweig, L., A. K. Meyer, L. Wagenfuhr & A. Storch (2015) Oxygen regulates proliferation of neural stem cells through Wnt/beta-catenin signalling. Mol Cell Neurosci, 67, 84-92.