Geschlechtshormone und zelluläre Mechanismen des Gesangslernens
Die dem sensomotorischen Lernen unterliegende neuronale Plastizität basiert vermutlich auf verschiedenen Mechanismen. Ein Mechanismus, der mit Lernen in Zusammenhang steht, ist möglicherweise Schlaf, auch wenn die zellulären Korrelate und der Bezug zur Geschlechstdifferenzierung noch unbekannt sind. Ein anderer Mechanismus besteht in der Rekrutierung, also dem Neueinwandern von Nervenzellen, in bestimmte Hirnregionen und in der Produktion von Neurotrophinen, beides in Abhängigkeit von Geschlechtshormonen.
Mit unseren Experimenten wollen wir zeigen, dass die Rekrutierung neuer Neurone für das sensomotorische Lernen notwendig oder auch nicht notwendig ist und dass Neurotrophin-basierte Mechanismen das sensomotorische Lernen verstärken. Zu diesem Zweck werden wir die Rekrutierung von Nervenzellen und die Expression bestimmter Neurotrophine (BDNF) lokal im HVC verändern. In-vivo-Imaging und Lernstudien werden durch elektrophysiologische und neuroanatomische Untersuchungen begleitet. Darüber hinaus wollen wir Kandidatengene identifizieren, die in das sensomotorische Lernen involviert sind und ihre Expression gezielt verändern. So lassen sich durch Einschleusen von siRNA mittels viraler Vektoren bestimmte Gene "stumm" schalten und die Auswirkungen auf die Lernprozesse beobachten.
Von Studien an verschiedenen Singvogelarten ist außerdem bekannt, dass Geschlechtshormone die Plastizität des Gesangs beeinflussen: zu viel Androgene oder zu wenig Östrogene reduzieren die Gesangsplastizität, während umgekehrt zu wenig Androgene und zu viel Östrogene die Reifung beeinträchtigen. Bisherige Untersuchungen dazu haben sich auf die zelluläre Ebene beschränkt – untersucht wurden Wachstum oder Reduktion der Gesangskerne sowie Anzahl und Morphologie der Nervenzellen. Über die molekularen Effekte ist bisher kaum etwas bekannt. Wie beeinflussen Geschlechsthormone die Zellen und die betroffenen genetischen Signalwege? In ersten Untersuchungen konnten wir bereits zeigen, dass der neurotrophische Faktor BDNF ein wichtiges Zielgen der Östrogen-Aktivität während des Gesangslernens ist.
Im Verlauf dieses Projekts wollen wir weitere Zielgene von Geschlechtshormonen identifizieren, die in Abhängigkeit vom Hormongehalt im Blut in den Gesangskernen unterschiedlich exprimiert werden. Ebenso sollen Zielgene für BDNF identifiziert werden, die in den verschiedenen Gesangskernen überexprimiert oder reduziert exprimiert werden. Die Arbeiten werden Einblicke geben in die regulativen Aufgaben der Geschlechsthormone während der Entwicklungsprozesse im Gehirn, die für Gedächtnisbildung relevant sind.
