Der Axolotl (Ambystoma mexicanum) ist eine Salamanderart mit außergewöhnlichen Regenerationsfähigkeiten: Er kann verlorene Gliedmaßen nachwachsen lassen und komplexe Organe wie Netzhaut und Gehirn regenerieren. Die Dynamik der Wiederherstellung der neuronalen Schaltkreisen zu erforschern gestaltet sich aber schwierig. Katharina Lust und Elly Tanaka vom IMBA - Institute of Molecular Biotechnology der ÖAW ist nun gelungen, eine effiziente Methode zu entwickeln, bei der Gene mithilfe bestimmter Viren in Axolotl-Neuronen eingeschleust werden. Mit dieser Methode können sie Nervenzellen dynamisch visualisieren und neue Gene gezielt in Nervenzellen übertragen. Die neue Methode haben sie in der Fachzeitschrift PNAS veröffentlicht.

Axolotl-Neuronen zum Leuchten bringen

In der molekulargenetischen Forschung finden harmlose Viren als Genfähren Verwendung. Dadurch können Transgene gezielt eingeschleust werden - entweder, um Markersubstanzen  im betreffenden Gewebe zu exprimieren oder einfach, um die Funktionsweisen der Gene zu untersuchen. Dieser Einschleusungsprozess war bislang bei Axolotl nicht erfolgreich. Lust und Elly Tanaka ist es nun zum ersten Mal gelungen, mit Adeno-assoziierten viralen Vektoren (AAV) effizient Transgene in Axolotl-Neuronen einzuschleusen. Die beiden Forscherinnen haben verschiedene AAV- Serotypen getestet und auf diese Art Varianten identifiziert, die sich für die Übertragung von Transgenen in Axolotl-Neuronen am besten eignen. Mithilfe der neuen Methode schleusten sie den fluoreszierenden Marker GFP in Nervenzellen eines lebenden Axolotls ein. Sie konnten verschiedene Neuronentypen fluoreszierend markieren und die Schaltkreise kartieren, die verschiedene Gehirnbereiche miteinander verknüpfen.

Diese Technologie macht die neuronale Aktivität in vivo im Gehirn sichtbar.

Vom Auge zum Gehirn - und zurück

Mithilfe der viralen Einbringung von GFP in die Netzhaut des Axolotl konnten Lust und Tanaka die Verbindungen kartieren, über die Netzhautneuronen visuelle Informationen an verschiedene Gehirnregionen weiterleiten. Zudem identifizierten sie auch neuronale Projektionen in die entgegengesetzte Richtung – vom Gehirn zur Netzhaut. Das deutet darauf hin, dass das Gehirn die Funktion der Netzhaut beeinflusst und feinabstimmt. „Diese Technologie eröffnet eine neue Möglichkeit, neuronale Aktivität in vivo im Gehirn sichtbar zu machen und zu verfolgen, wie sich neuronale Schaltkreise nach einer Verletzung regenerieren“, erklärt Erstautorin Katharina Lust, Postdoktorandin im Labor von Elly Tanaka.

Mit dieser Methode etabliert sich der Axolotl als ein zentrales Wirbeltiermodell in der molekularen Neurowissenschaft und hilft uns, die essenziellen Eigenschaften des Wirbeltiergehirns besser zu verstehen.

Durchbruch für die Axolotl-Hirnforschung

Neben der Möglichkeit, Neuronen im Axolotl-Gehirn dynamisch zu visualisieren, etabliert diese Studie virale Vektoren als leistungsstarke Werkzeuge, um gezielt neue Gene in Axolotl-Neuronen einzubringen und die neuronale Organisation zu untersuchen. „Virale Vektoren könnten eingesetzt werden, um neuronale Schaltkreise zu manipulieren oder die Rolle spezifischer Gene bei der Regeneration des Axolotl-Gehirns zu erforschen“, erklärt Elly Tanaka, wissenschaftliche Direktorin des IMBA . „Dieses Werkzeug eröffnet experimentelle Möglichkeiten, die zuvor beim Axolotl unerreichbar waren. Damit etabliert sich der Axolotl als ein zentrales Wirbeltiermodell in der molekularen Neurowissenschaft und hilft uns, die essenziellen Eigenschaften des Wirbeltiergehirns besser zu verstehen.“