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Untersuchung der Effekte von Sauerstoff auf die embryonale Neurogenese

Die embryonale Neurogenese ist ein komplexer Prozess, der von verschiedenen Parametern abhängt. Eine Schlüsselkomponente stellt dabei die Sauerstoffversorgung des sich entwickelnden Gehirns dar. Sauerstoff dient zum einen zur inneren Atmung, zum anderen entscheidet die Sauerstoffkonzentration auch über das Schicksal einzelner Zellen und somit über die Ausbildung komplexer Strukturen des Gehirns. Dazu konnte bereits gezeigt werden, dass verringerte Sauerstoffkonzentrationen vor allem in den sogenannten Stammzellnischen anzutreffen sind und dort die Proliferation der Zellen fördern. Höhere Konzentrationen dagegen fördern die Differenzierung von Stammzellen. Als Sensor für die Sauerstoffkonzentration dienen den Zellen dabei hypoxia inducible factors. Diese Proteine werden bei Normoxie stetig degradiert, bei Hypoxie jedoch gelangen diese jedoch in den Zellkern und fungieren dort als Transkriptionsfaktoren. Inwieweit genau die hypoxia inducible factors an der embryonalen Neurogenese beteiligt sind und ob verschiedene Sauerstoffkonzentration diese beeinflussen können, ist jedoch noch weitgehend unbekannt.

Ziel dieses Projektes ist es daher die Effekte verschiedener Sauerstoffkonzentrationen und der hypoxia inducible factors auf die embryonale Neurogenese zu erforschen. Um dieses Ziel zu erreichen, kommt eine regulierbare Sauerstoffkammer zum Einsatz, welche die nicht invasive, maternale Applikation verschiedener Sauerstoffkonzentrationen ermöglicht. Mittels dieser Kammer können verschiedene Behandlungsstrategien abgedeckt werden. Zum einen kann die Sauerstoffkonzentration mittels Stickstoff auf 10 % gesenkt werden, um die Effekte der bei Hypoxie aktiven hypoxia inducible factors zu untersuchen. Zum anderen kann die Sauerstoffkonzentration auf 75 % angehoben werden, um mögliche Effekte einer Hyperoxie auf die embryonale Neurogenese zu untersuchen. Hypoxie bzw. Hyperoxie werden dabei über verschieden lange Zeiträume appliziert und es werden sowohl akute, als auch persistierende Effekte untersucht. Die Analyse erfolgt dabei durch immunhistochemische Verfahren, welche durch Licht- und Fluoreszenzmikroskopie ergänzt werden.

Die somit gewonnenen Erkenntnisse sollen zukünftig dazu beitragen, das Wissen über Sauerstoff als Signalmolekül und über die an der embryonalen Neurogenese beteiligten Zelltypen zu vertiefen. Ein besseres Verständnis der embryonalen Neurogenese und der verschiedenen Zelltypen des Gehirns ist essentiell, um neue Therapieansätze für neurologische Erkrankungen wie Mikrozephalie oder Morbus Parkinson zu entdecken.

Abbildung 1: Fluoreszenzmikroskopische, coronale Aufnahme des dorsolateralen Kortex eines E16 Mausembryos. BrdU gefärbte, neu entstandene Zellen (grün); NeuN gefärbte Neuronen (rot)