Prof. Dr. Jörg Geiger
Prof. Dr. Jörg Geiger

AG Geiger

Physiologie und Pathophysiologie kortikaler Interneurone,
Axone und präsynaptischer Boutons

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Forschungsfokus

  • Molekulare Physiologie, Plastizität, synaptische Funktion und Dysfunktion interneuronaler Subtypen in kortikalen Netzwerken
  • Netzwerk-Veränderungen und Verhaltensausprägung durch interneuronale Dysfunktion in Tiermodellen
  • Kodierungsprinzipien und Energieeffizienzen elektrischer Signale in kortikalen Axonen

Methoden Überblick

  • Somatische und präsynaptische Patch-Clamp Ableitung in aktuen Schnittkulturen von Nagetieren
  • Gepaarte Ableitungen synaptisch gekoppelter Neurone
  • Quantitative Einzelzell-PCR (Realtime und digitale Droplet) nach elektrophysiologischer Charakterisierung
  • Laser-Capture Microdissektion und Transkriptome Analysen immunohistochemisch identifizierter Neurone
  • Tiermodelle psychiatrischer Störungen: Korrelationsanalyse zwischen Verhaltensphänotypen und molekularen Abweichungen
  • Analyse neuronaler Netzwerke in humanen Gehirnschnitten (Operationsmaterial von tumor-, gefäß- und epilepsiechirurgischen Eingriffen der Neurochirurgie Charité-Universitätsmedizin Berlin)
  • Adeno-assoziierte virale Partikel gesteuerte Veränderung neuronaler Expression in Nagerhirnen

Gepaarte Ableitungen synaptisch gekoppelter Neurone: Oktapatch

Beispielhafte Darstellung der gemessenen Konnektivitäten bei der simultanen Patch-Clamp Ableitung von 8 Neuronen in der Hirnrinde. Foto YP/Charité

Die Generierung und Übertragung neuronaler Aktivität basiert auf den synaptischen Eigenschaften lokaler Netzwerke. Insbesondere die synaptische Konnektivität und Plastizität zwischen einzelnen Zelltypen sind dabei von großem Interesse. Um diese effizient untersuchen zu können entwickelten wir mehrere „multi-patch“ Versuchsaufbauten. Diese ermöglichen eine gleichzeitige Patch-Clamp Ableitung von bis zu 10 Zellen im akuten Hirnschnitt. Dadurch sind zum einen hocheffiziente unidirektionale Konnektivitätsanalysen möglich, andererseits können wir auch höher dimensionale Netzwerkmuster (sogenannte Motive) oder Eigenschaften komplexer Netzwerke (z.B. Verbindungsgrade und Hub-Zellen) aufdecken. Mithilfe von transgener Fluoreszenzmarkierung und elektrophysiologischer Klassifizierungsmethoden untersuchen wir weiterhin Interneurone auf ihre subtyp-spezifischen Plastizitäts- und Konnektivitätsprofilen.

Ansicht des 10fach Patch-Clamp-Messsystems Foto: YP/Charité

Laser-Capture Microdissektion und Transkriptome Analysen immunohistochemisch identifizierter Neurone

Digitales Droplet Auswertesystem QX200 Foto:JT/Charité
Grafische Darstellung der Fluoreszenzergebnisse von 2 Gen-Zielen einer PCR-Reaktion einzelner Zellen. Foto: JT/Charité

Der molekularbiologische Forschungsbereich des Instituts für Neurophysiologie untersucht die interneuronale Zusammensetzung hippocampaler Subregionen auf Einzelzell-Niveau. Durch immunhistochemische Fluoreszenzfärbung mit anschließender Laserdissektions-Mikroskopie werden Interneurone in Ultradünnschnitten von Maus und Ratte identifiziert und isoliert. Alternativ können die präparierten Hippocampi transgener Tiere, wie der YFP-Vgat Ratte, dissoziiert werden und die gesuchten Interneurone per Fluorescence Activated Cell Sorting (FACS) aus der Zellsuspension selektiert werden.
Die angeschlossene Charakterisierung der Interneurone erfolgt durch die Analyse ausgewählter Transkripte per digitaler Droplet PCR. Anders als bei einer konventionellen qPCR wird der Reaktionsansatz in bis zu 20000 Kompartimente unterteilt und eine Endpunktmessung der Fluoreszenz durchgeführt. Hierdurch werden nicht anhand von CT-Werten relative Aussagen über die Transkriptmenge getroffen, sondern mit Hilfe der Poisson-Statistik der absolute Transkriptgehalt der Zelle ausgegeben.
Die so erhaltene Genkomposition erlaubt die Unterteilung der Interneurone in verschiedene Suptypen und lässt auf die zu erwartenden elektrophysiologischen Charakteristika der Zelle schließen.

Förderung

  • DFG Klinische Forschergruppe
         „Tiefe Hirnstimulation: Wirkmechanismus, Kortex-Basalganglien – Physiologie und Therapieoptimierung“ (KFO 247)
    Teilprojekt 11 (gemeinsamer Antrag Jörg Geiger mit Christoph van Riesen)
         „Mechanismen pathologischer Oszillationen in der Kortex-Basalganglien-Schleife und deren Modulation durch die tiefe Hirnstimulation im Parkinsonmodell der Ratte“
  • DFG Forschergruppe
         „Synaptische Plastizität GABAerger Zellen – vom Mechanismus zur Funktion“ (FOR2143)
    Teilprojekt 2 Jörg Geiger
         „Control of synchrony in fast network oscillations by synaptic plasticity in interneurons of M1“
  • NeuroCure 

Kontakt zur Institutsleitung

Univ.-Prof. Dr. rer nat. Jörg R. P. Geiger

Geschäftsführender Direktor, Projektgruppenleiter

Prof. Dr. Jörg Geiger
PD Dr. med. Henrik Alle

Stellvertetender Institutsdirektor; Lehrkoordinator

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Studierende und Alumni

Cand. med. und MD/PhD-Studierende

Michael Hadler
Franz Mittermaier
Julia Neugebauer
Veronica Rignall
Leon Amadeus Steiner
John Thiede
Vera Wuntke
Zhen Hao Xue
Daniela Zurkan

Alumni

PD Dr. Doris Albrecht

Constantin Klisch

Yangfan Peng

Kerstin Rückwardt

Tengis Gloveli

Tamar Dugladze

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