M4435 Zellbiologie, synaptische Physiologie und

Master-Module
M4435
Zellbiologie, synaptische Physiologie und
Pathomechanismen des Nervensystems
Cell Biology, Synaptic Physiology, and
Pathomechanisms of the Nervous System
Modulverantwortliche/r
Prof. Dr. Kurt Gottmann ([email protected])
Dozentinnen/Dozenten
Prof. H.W. Müller, Dr. F. Bosse, Prof. K. Gottmann, Prof. C. Korth, Prof. S. Weggen
Modulorganisation
Prof. Dr. Kurt Gottmann ([email protected])
Arbeitsaufwand
420 h
Lehrveranstaltungen
Praktikum: 18 SWS
Vorlesung:
2 SWS
Leistungspunkte
14 CP
Kontaktzeit
300 h
Häufigkeit des Angebots
Wintersemster
Selbststudium
120
Dauer
6 Wochen
Gruppengröße
6 Studierende
Lernergebnisse/Kompetenzen
Die Studierenden können die grundlegenden Konzepte der molekularen und zellulären Neurowissenschaft angeben und erklären.
Die Studierenden können die grundlegenden neurozytologischen Methoden zur Herstellung,
Differenzierung und Charakterisierung von primären Nervenzellkulturen anwenden, die Ergebnisse auswerten und beurteilen.
Die Studierenden können die patch-clamp Technik eigenständig durchführen und zur Analyse
synaptischer Aktivität in Neuronenkulturen anwenden. Sie können die damit erhaltenen Ergebnisse auswerten und beurteilen. Ebenso können die Studierenden Fluoreszenz-Imaging synaptischer Proteine und synaptischer Vesikel anwenden.
Die Studierenden können die grundlegenden Methoden zur Erforschung von chronisch mentalen und degenerativen Hirnerkrankungen im funktionellen Zellmodell anwenden, die erhaltenen
Ergebnisse auswerten und beurteilen.
Die Studierenden können selbstständig und präzise mit Messgeräten/ Apparaturen aus dem
Labor umgehen.
Die Studierenden können eigenständig Versuche durchführen und planen.
Lehrformen
Vorlesung, Praktikum, Anfertigung von Referaten, Referat, Protokollführung
Inhalte
Vorlesung:
1. Abschnitt Neurozytologie (Prof. Dr. H.W. Müller; PD Dr. P. Küry; Dr. F. Bosse, Dr. G. Koopmanns, Dr. B. Grimpe)
Neurozytologie: Neuronen und Gliazellen - Morphologie und Funktionen im Nervensystem; Extrazellulärmatrix: Aufbau und Funktion im Nervensystem; Zell-Zell-Kommunikation und Neurobiochemie der Synapse; Entwicklung des Nervensystems: Induktion, Neuro- und Gliogenese,
Zelldeterminierung, Differenzierung und axonale Wegfindung, Neurotrophie und Apoptose;
Neurale Stammzellen; Molekulare Pathophysiologie: Neurodegenerative Krankheiten, Nervenverletzung und Regeneration
2. Abschnitt Synapsen (Physiologie) (Prof. Dr. K. Gottmann, Dr. K. Nieweg)
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Master-Module
Ruhepotential, Aktionspotential; Spannungs-aktivierte Kanäle: Physiologie und Molekularbiologie; Synapsen allgemein, präsynaptische Transmitterfreisetzung; Postsynaptische Transmitterrezeptoren I (ionotrop); Postsynaptische Transmitterrezeptoren II (metabotrop); Synaptische
Verschaltung des Hippocampus und Neocortex (Anatomie); Funktionelle Substrukturen neuronaler Netzwerke (Typen von Inhibition); Synaptische Langzeit-Plastizität
3. Abschnitt Pathomechanismen (Prof. Dr. S. Weggen, Dr. T. Jumpertz; Prof. Dr. C. Korth, Dr.
A. Müller-Schiffmann, Dr. V. Bader)
Die Alzheimer Erkrankung: Neuropathologie, molekulare Pathogenese und Therapieansätze,
Intramembran-Proteolyse. Pathogenese anderer häufiger neurodegenerativer Erkrankungen
(frontotemporale Demenzen, Parkinson-Erkrankung)
Einführung in die chronisch mentalen Erkrankungen beim Menschen (Schizophrenie, rekurrierende affektive Erkrankungen; Störungen der Neurotransmittersysteme, besonders Dopamin;
Tiermodelle mentaler Erkrankungen; Zell und in vitro Modelle anhand ausgewählter Proteine
Praktikum:
AG Müller (2 Wochen):
Einführung in die Grundlagen der Neurozytologie: Herstellung von neuronalen und glialen Primärkulturen aus dem Rattenhirn. Untersuchung der Einflüsse verschiedener Kultursubstrate
und Wachstumsfaktoren auf die Zelldifferenzierung und Zellteilungsrate. Brom-2-desoxy-Uridin
(BrdU) Assay zur Bestimmung der Zellteilungsrate.
Morphologische und immuncytochemische Zellcharakterisierung: Anwendung lichtmikroskopischer Methoden und Immunfluoreszenzverfahren (konventionelle Lichtmikroskopie, konfokale
Laserscanning-Mikroskopie,) zur Darstellung morphologischer Zelldifferenzierung und zum
immunzytologischen Nachweis spezifischer Zellreifungsmarker. Vergleich von ZNS Neuronen
und Astrozyten mit Neuronen (Spinalganglien) und Schwannzellen aus dem peripheren Nervensystem.
Neuronale Differenzierung von humanen adulten Stammzellen: Kultivierung und neurale Differenzierung humaner adulter Stammzellen aus Nabelschnurblut. Untersuchung der neuralen
Zelldifferenzierung mit Hilfe etablierter neuraler Entwicklungsmarker durch Anwendung (fluoreszenz-)mikroskopischer Nachweismethoden sowie qPCR-Verfahren.
Multielektroden-Array (NeuroChip): spontane elektrophysiologische Netzwerkaktivität während
der Entwicklung von Neuronenkulturen. Analyse und statistische Auswertung von Multikanalmessungen.
AG Gottmann (2 Wochen):
Patch-Clamp-Technik: Elektrophysiologische Experimente an Synapsen zwischen kultivierten
neocortikalen Neuronen (Maus). Primäre Zellkulturen neocortikaler Neurone (Maus). Erlernen
moderner elektrophysiologischer Techniken (patch-clamp) an kultivierten Neuronen. Patchclamp Ableitungen spontaner synaptischer Aktivität. Patch-clamp Ableitungen evozierter postsynaptischer Ströme. Quantitative Analyse elektrophysiologisch registrierter synaptischer Signale
Live-Imaging zentraler Neurone und Synapsen: Expression von GFP und Fluoreszenzimaging.
Imaging fluoreszenzmarkierter Synapsen: Darstellung synaptischer Vesikel durch Expression
von GFP-Fusionsproteinen; Darstellung des recycling synaptischer Vesikel mit FM Farbstoffen.
AG Korth (1 Woche):
Einführung in die Grundlagen der Aufreinigung von bioaktiven Proteinen aus E. coli: Induktion,
Wachstumskurve, Lyse und Aufreinigung mit Metallaffinitätschromatographie. SDS-PAGE mit
Coomassiefärbung zur Überprüfung der Reinheit.
Einsetzen des aufgereinigten Proteins im PC12 Neuritenassay: Einführung in die Zellkultur.
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Möglichkeiten der Expression von Proteinen in Zellen: Expression nach Transfektion vs. tatinduzierte Proteintransduktion. Messen der Bioaktivität durch Zählen von Neuriten.
Neuroanatomie des Dopaminstoffwechsels: Vergleich verschiedener Anfärbungen in transgenen Maushirnen mit Auffälligkeiten im Dopaminmetabolismus vs. Kontrollen.
AG Weggen (1 Woche):
Analyse der proteolytischen Spaltung des Amyloid-Vorläufer-Proteins (APP) und des NOTCHRezeptors: Transiente Transfektion von permanenten Zellinien; Immuncytochemische Analyse
der NOTCH-Prozessierung; Nachweis von Amyloidpeptiden mittels ELISA; Analyse von APPMetaboliten mittels Western-Blotting.
Seminar (praktikumsbegleitend):
Kurzreferate der studentischen Teilnehmer über ein Thema ihrer Wahl aus dem Themenbereich der Vorlesung oder des Praktikums.
Teilnahmevoraussetzungen
Formal:
Zulassung zum Masterstudiengang
Inhaltlich: Grundkenntnisse in Neurobiologie werden vorausgesetzt.
Prüfungsformen
(1) Kompetenzbereich Wissen (80 % der Note): schriftliche Prüfung über die Inhalte der Vorlesung und des Praktikums
(2) Kompetenzbereich Dokumentation (20 % der Note): Protokoll (Auswertung und Diskussion
wissenschaftlicher Experimente)
Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten
(1) Regelmäßige Teilnahme an den praktischen Übungen
(2) Bestandene Modulklausur
(3) Regelmäßige Teilnahme am Seminar und Präsentation eines Vortrages
(4) Protokollabgabe
Zuordnung zum Studiengang/ Schwerpunkt (Major- nur im Masterstudiengang)
Master Biologie;
Major: Entwicklungsbiologie/Physiologie
Verwendung des Moduls in anderen Studiengängen
Keine
Stellenwert der Note für die Endnote
Die Note fließt entsprechend der Leistungspunkte (CP) gewichtet in die Gesamtnote ein:
M.Sc. Biologie 14/ 72 CP.
Unterichtssprache
Deutsch
Sonstige Informationen
Anmeldung für das Praktikum wird dezentral geregelt
Prof. Dr. K. Gottmann, E-mail: [email protected]
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