Fluoreszierende Nervenzellen

In-vivo-Mikroskopie und transgene Mäuse in den Neurowissenschaften

von Prof. Thomas Misgeld

Welche Mechanismen tragen zur Degeneration von Axonen und Synapsen bei neurologischen Erkrankungen und während der normalen Hirnentwicklung bei? Das sind Fragestellungen, mit denen sich der Neurobiologe Prof. Thomas Misgeld beschäftigt. Der Forschungsgruppenleiter am Institut für Neurowissenschaften der TU München widmet sich seit über zehn Jahren der Erforschung von Nervenfasern, den so genannten Axonen.

Methodisch bedient sich die Arbeitsgruppe der In-vivo-Mikroskopie, vornehmlich des peripheren Nervensystems und des Rückenmarkes. Diese Technik wird an transgenen Mäusen und Zebrafischen angewendet, die es erlauben, einzelne Zellen oder zelluläre Funktionen mithilfe genetischer Sensoren darzustellen. Misgeld wurde zuallererst durch seine Arbeiten zur multiplen Sklerose und die mit dieser Krankheit einhergehenden Axonschädigung zu seiner spezialisierten Forschungstätigkeit motiviert. Darüber hinaus faszinierte ihn die Entwicklung der Möglichkeiten des Imaging für seine Forschungen.

Nervenfasern im Visier

Die faserartigen Fortsätze der Nervenzellen leiten elektrische Impulse durch Gehirn und Rückenmark zu den Schaltstellen des Nervensystems. Während der Entwicklung werden Axone aufgebaut, können sich aber auch in kontrollierter Art und Weise abbauen. Wie und warum diese Vorgänge ablaufen ablaufen, ist bisher wenig bekannt. Thomas Misgeld untersucht deshalb die Axone lebender Mäuse mit hochauflösenden Mikroskopen. Bei den Untersuchungen bedienen sich Misgeld und sein zehnköpfiges Team modernster Mikroskopieverfahren. Das Institut, an dem er mit seiner Gruppe arbeitet, habe eine der höchsten Dichten hoch entwickelter Lichtmikroskope der Welt, so Misgeld. Bei den Mäuseprobanden handelt es sich um so genannte „Thy1-XFP-Mäuse“, gentechnisch veränderte Mäuse, deren Nervenzellen fluoreszieren und sich so mit Lichtmikroskopen beobachten lassen.

Mikroskopieverfahren für lebende Proben

Für die In-vivo-Forschungen werden Multiphotonenmikroskope und konfokale Laser-
Scanning-Mikroskope eingesetzt. Mit den Multiphotonenmikroskopen ist Fluoreszenz-Imaging bis in tiefe Probenregionen von mehreren hundert Mikrometern möglich. Neben der hohen Eindringtiefe reduziert das langwellige Infrarotlicht die Fototoxizität auf ein Minimum. Dadurch werden die lebenden Proben geschont und Beobachtungen von lang andauernden Vorgängen, wie zum Beispiel dem Abbau eines Axons, möglich.

Aufklärung neurologischer Krankheitsmechanismen

Gegenstand gegenwärtiger Untersuchungen ist auch der Transport von Mitochondrien in den Axonen. Der Transport dieser Kraftwerke der Zellen komme immer auch dann zum Erliegen, wenn ein Axon abgebaut wird, so Misgeld. Dies erfordert schnelles Imaging, da sich das intrazelluläre Transportverhalten von Mitochondrien sehr plötzlich ändern kann. Gemeinsam mit seinem Kooperationspartner Martin Kerschensteiner gelang es ihm, Varianten der Thy1- XFP-Mäuse mit fluoreszierenden axonalen Mitochondrien zu generieren. Diese Mäuse erlauben es, den axonalen Transport von Mitochondrien in vivo in Echtzeit zu messen. Da allerdings viele Prozesse, die das Transportverhalten von Organellen beeinflussen, unterhalb der Auflösungsgrenze der konventionellen Lichtmikroskopie ablaufen, setzten die Wissenschaftler zunehmend auf die Kombination von Imagingverfahren, wie die korrelierte Licht- und Elektronenmikroskopie. Wie die direkte Beobachtung anderer „Lebewesen“ in ihrer natürlichen Umgebung ermöglicht die Visualisierung von Nervenzellen, unerwartete Zusammenhänge zu erkennen und Abläufe der Axonbildung und ihres Abbaus besser zu verstehen. Thomas Misgeld forscht an der Schnittstelle zwischen neurobiologischer Grundlagenforschung und klinisch relevanter Aufklärung neurologischer Krankheitsmechanismen. Damit könnten künftig neurodegenerative Erkrankungen wie die Multiple Sklerose oder Rückenmarksverletzungen besser erforscht und verstanden werden.

andrea.rackow@olympus.de