Zusammenfassung
Die kausale Analyse neuronaler Netzwerke bedarf einer selektiven Manipulation neuronaler Subpopulationen im intakten Organismus. Optogenetik ist eine maßgeschneiderte Methode genau für diese Anforderungen. Hier stellen wir die Methode der Optogenetik vor und zeigen exemplarische Anwendungen in den Neurowissenschaften. Lichtsensitive Transmembrankanäle und lichtgetriebene Ionenpumpen, die komplett genetisch kodiert werden und ohne exogene Kofaktoren funktionell sind, bilden die Basis der Optogenetik. Mittels viraler Vektoren und in Kombination mit zelltypspezifischen Promotoren können diese Opsine selektiv in postmitotischen Neuronen exprimiert werden, von der Einzelzelle zur neuronalen Population. Eine Stimulation mit Licht, welches nicht- oder minimal invasiv über Glasfasern eingestrahlt werden kann, führt je nach Typ des Opsins entweder zu einer Depolarisation oder einer Hyperpolarisation des genetisch modifizierten Neurons und somit zu einer Induktion oder Inhibition neuronaler Aktivität. Somit können genetisch definierte Netzwerkkomponenten mittels Licht bimodal manipuliert werden, wobei die Detektion der neuronalen Antwort auch rein optisch erfolgen kann, mittels einer Ko-Applikation fluoreszierender Indikatoren.
About the authors
1994-1996 Studium der Biologie an der Freien Universität Berlin. 1996-2001 Studium der Biophysik an der Humboldt-Universität zu Berlin. 2002-2005 Doktorarbeit an der Charité Berlin, Neuroradiologie/ Neurologie; Thema: Bildgebung von magnetisch markierten Stammzellen in experimentellen Krankheitsmodellen des ZNS mittels zellulärer Magnetresonanztomografie. 2006-2007 Postdoktorand an der Stanford University bei Karl Deisseroth; Thema: Etablierung der Optogenetik in der kausalen Analyse der neuronalen Differenzierung von Stammzellen. 2007- 2012 Postdoktorand an der technischen Universität München bei Arthur Konnerth; Thema: Verbindung von Optogenetik und Ca2+-Bildgebung zur Untersuchung cortico-thalamischer Oszillationen. Seit 2012 W1-Professor für Optogenetik und Molekulares Imaging am Forschungsschwerpunkt Translationale Neurowissenschaften (FTN) und Institut für mikroskopische Anatomie und Neurobiologie, Universität Mainz; Thema: Anwendungen der Optogenetik in Verbindung mit 2-Photonenmikroskopie zur Untersuchung von neuronalen Netzwerken in vivo.
1998-2003 Studium der Biologie an der Humboldt-Universität zu Berlin. 2003-2008 Doktorarbeit am Hertie-Institut für klinische Hirnforschung, Tübingen; Thema: Neuronale Grundlagen numerischer Kompetenz in nicht-humanen Primaten. 2008-2011 Postdoktorandin an der Stanford University bei Karl Deisseroth und Krishna Shenoy; Thema: Etablierung der Optogenetik im nicht-humanen Primaten. Seit 2011 Gruppenleiterin am Ernst-Strüngmann-Institut für Neurowissenschaften in Kooperation mit der Max-Planck-Gesellschaft; Thema: Optogenetik in sensorisch-motorischen Kreisläufen
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