AG Münster-Wandowski: Die extrazelluläre Matrix im Gehirn
Unser Ziel ist es, die morphologische Homöostase der ECM des Gehirns während der embryonalen und postnatalen Entwicklung besser zu verstehen und herauszufinden, wie Anomalien in der ECM-Zusammensetzung zu Funktionsstörungen des Gehirns führen.
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Die extrazelluläre Matrix im Gehirn
Die extrazelluläre Matrix (ECM) des Gehirns ist ein komplexes Netzwerk aus Proteoglykanen und kleinen faserigen Proteinen, das die Zellen in einem Gewebe umgibt und sich im Wesentlichen in den perineuronalen Netzen, der Basallamina und der neuronalen interstitiellen Matrix befindet.
Unser Ziel ist es, die morphologische Homöostase der ECM des Gehirns während der embryonalen und postnatalen Entwicklung besser zu verstehen und herauszufinden, wie Anomalien in der ECM-Zusammensetzung zu Funktionsstörungen des Gehirns führen.
In Anbetracht der fragilen Struktur der ECM spielt die Elektronenmikroskopie, insbesondere die Immuno-Elektronenmikroskopie, eine strategische Rolle bei der morphologischen Diagnose der interzellulären Gehirnarchitektur, und dieser Ansatz ist der Schwerpunkt unserer Arbeitsgruppe.
Forschungsziele
Unsere Forschung konzentriert sich auf die ultrastrukturelle Analyse, die Dynamik und die Veränderungen in der ECM-Zusammensetzung des Gehirns während der embryonalen und postnatalen Entwicklung sowie bei neuralen Pathologien.
Die ECM ist ein komplexes Netzwerk von Materialien, insbesondere von Proteinen und Polysacchariden, die lokal von Zellen abgesondert werden und eng mit diesen verbunden bleiben, um strukturelle und adhäsive Unterstützung zu bieten. Die ECM ist jedoch viel mehr als eine passive mechanische Struktur - die ECM reguliert dynamisch zelluläre Phänotypen, einschließlich verschiedener zellulärer Prozesse in der Entwicklung, Homöostase und Krankheitsprogression.
Die ECM des Gehirns weist Besonderheiten auf, die sie von der systemischen ECM unterscheiden. In erster Linie ist das Gehirn das komplexeste und am besten strukturierte Organ mit einem hoch definierten Stromaraum, der im Wesentlichen in den perineuronalen Netzen (PNNs), der Basallamina und der neuronalen interstitiellen Matrix liegt. Strukturell unterstützt und erleichtert die ECM des Gehirns die Organisation der Nervenzellen im zentralen Nervensystem, stabilisiert die Synapsen und reguliert die synaptische Plastizität. Darüber hinaus ist die ECM des Gehirns eng mit der Entwicklung der Axone und der Myelinisierung verbunden. Obendrein ist die ECM des Gehirns für den dynamischen, wechselseitigen Dialog zwischen den verschiedenen zellulären Komponenten (Neuronen, Glia, Fibroblasten, Endothelzellen) von wesentlicher Bedeutung. Die ECM des Gehirns bietet daher eine unverzichtbare Plattform für die neuronale-vaskuläre-gliale Kommunikation.
In Anbetracht der fragilen Struktur der ECM scheint die Elektronenmikroskopie die Methode der Wahl für die Analyse der Morphologie der ECM zu sein. Weiterhin ermöglicht die Immuno-Elektronenmikroskopie, zusätzlich zur anschaulichen ultrastrukturellen Analyse, die Überwachung morphologischer Veränderungen einzigartiger extrazellulärer Komponenten, die den Zellen sowohl mechanische Unterstützung als auch molekulare Signale liefern und ihr Verhalten sowohl während der Entwicklung als auch unter pathologischen Bedingungen modulieren.
Arbeitshypothese
Die extrazelluläre Matrix als aktive und dynamische Struktur, die die Zellen umgibt, reguliert die Form des Gewebes während der neuronalen Entwicklung, steuert die mikrovaskuläre Perfusion im Gehirn und trägt wesentlich zur Funktion der endothelialen Hirn-Blut-Schranke bei.
Methodik
Um eine gut erhaltene Gehirn-EZM und ihre Antigenität zu erhalten und das Verteilungsmuster von EZM-Komponenten zu analysieren, wendet unser Team eine Kombination aus Hochdruckgefrieren als Fixierungsmethode, Gefriersubstitution und Prä-/Postembedding-Immunogold-Markierungen an. (Elektronenmikroskopie) Um eine gut erhaltene Gehirn-EZM und ihre Antigenität zu erhalten und das Verteilungsmuster von EZM-Komponenten zu analysieren, wendet unser Team eine Kombination aus Hochdruckgefrieren als Fixierungsmethode, Gefriersubstitution und Prä-/Postembedding-Immunogold-Markierungen an. (Elektronenmikroskopie)
Kooperationen
- • PD Dr. Antje Ludwig, Center for Cardiovascular Research, Charité Berlin
- • PhD, MD, Matthew Kraushar, Max Planck Institute for Molecular Genetics, Berlin
- • Prof. Dr. Ulrich Keilholz, Comprehensive Cancer Center, Charité Berlin
- • Prof. Dr. Christian Rosenmund, Institute of Neurophysiology, Charité Berlin
- • Prof. Dr. Britta Eickholt, Institute of Biochemistry, Charité Berlin