Dokument: Development of a Multimodal, Three-dimensional Rat Brain Atlas and its Relevance for Translational Research

Titel:	Development of a Multimodal, Three-dimensional Rat Brain Atlas and its Relevance for Translational Research
Weiterer Titel:	Entwicklung eines multimodalen, dreidimensionalen Rattengehirnatlases und die Relevanz für die translationale Forschung
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=73542
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20260702-154104-0
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Kuckertz, Anika [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 45,01 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 10.06.2026 / geändert 10.06.2026
Beitragende:	Prof. Dr. med. Amunts, Katrin [Gutachter] Prof. Dr. Fahlke, Christoph [Gutachter]
Dokumententyp (erweitert):	Dissertation
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 590 Tiere (Zoologie)
Beschreibungen:	Die Ratte ist ein wichtiges Tiermodell in der neurowissenschaftlichen Forschung und wird in translationalen Studien zur Untersuchung von Erkrankungen des menschlichen Gehirns eingesetzt. Verteilungsmusteranalysen von Neurotransmitter Rezeptoren liefern Informationen über die molekulare Organisation des Gehirns und ermöglichen funktionelle Kartierungen. Veränderte Neurotransmitter Rezeptoren Verteilungen, wie beispielsweise von muskarinischen und serotonergen Rezeptoren, werden mit neurodegenerativen Erkrankungen und affektiven Störungen, darunter Alzheimer und Depression, assoziiert. In der translationalen Forschung und der in vivo Neurobildgebung dienen Rattengehirnatlanten als Referenz für Vergleiche zum menschlichen Gehirn und zur Lokalisierung krankheitsbedingter Veränderungen. Aufgrund individueller neuropathologischer Mechanismen und Symptome ist die translationale Forschung affektiver Störungen beim Menschen herausfordernd. Deshalb ist es wichtig, die Ratte als Modell für jede spezifische Forschungsfrage zur Untersuchung affektiver Störungen sorgfältig zu evaluieren. Die Auflösung der entwickelten Rattengehirnatlanten für die in vivo Neurobildgebung, wie der Magnetresonanztomographie und der Positronen Emissions Tomographie, ist für eine detaillierte Identifizierung kleiner Gehirnregionen jedoch zu gering. Daher werden dreidimensionale (3D) Rattengehirnatlanten mit einer höheren Auflösung benötigt. In dieser Dissertation wurden Teile des serotonergen Systems zwischen dem Gehirn des Menschen und der Ratte systematisch verglichen, um somit das translationale Potenzial der Ratte für die Forschung affektiver Störungen im Menschen zu bewerten. Weiterhin wurden neuartige Karten und ein 3D Atlas des Rattengehirns basierend auf der Verteilung von Neurotransmitter Rezeptoren entwickelt, die als hochauflösende Referenzen dienen. In einer ersten autoradiographischen Studie wurden die regionalen und laminaren Verteilungsmuster der 5 HT1A und 5 HT2 Rezeptoren in Hauptkomponenten des neuronalen Netzwerks der Emotionsregulation zwischen dem menschlichen Gehirn und homologen Regionen des Rattengehirns verglichen. Signifikante Spezies spezifische Unterschiede zeigten sich vor allem bei den 5 HT1A Rezeptoren (z. B. im cingulären Kortex und im Hippocampus). Die 5 HT2 Rezeptoren waren in den meisten Gehirnregionen zwischen Mensch und Ratte ähnlicher verteilt. In einer zweiten Studie wurde die in vitro Rezeptorautoradiographie und Zellkörperfärbungen genutzt, um den gesamten Iso und Proisokortex des Rattengehirns multimodal, mittels Analyse der molekularen Organisation der cholinergen muskarinischen M2 Rezeptoren und der Zytoarchitektur, zu parzellieren. Die resultierenden Karten zeigen die detaillierte Identifizierung von 53 Regionen die als hochauflösender, zweidimensionaler (2D) Rattengehirnatlas veröffentlicht wurden. Diese 2D Karten wurden in einer dritten Studie zu einem 3D Rattengehirnatlas des Iso und Proisokortex rekonstruiert. Dieser 3D Atlas sowie die dazugehörigen Daten wurden über die EBRAINS Forschungsinfrastruktur veröffentlicht. Die autoradiographischen Visualisierungen der 5 HT1A , 5 HT2 und M2 Rezeptoren im Rattengehirn liefern hochauflösende, skalenübergreifende (d. h. entlang des gesamten Gehirnvolumens, spezifischer Regionen und kortikaler Schichten) und multidimensionale (d. h. 2D Karten und 3D Rekonstruktion) Referenzen für Interspezies Vergleiche zum menschlichen Gehirn und die in vivo Neurobildgebung. Zudem können die regionalen Rezeptorverteilungen genutzt werden, um in zukünftigen Studien die Bindungsstellen von Medikamenten zu lokalisieren. Unsere Rezeptordaten können durch Integration zusätzlicher Daten, z. B. von glutamatergen und dopaminergen Rezeptoren, sowie Gehirnregionen wie Striatum und Thalamus, erweitert werden. Dies ermöglicht Rezeptor und Region spezifische Analysen, die auch für Vergleiche mit krankheitsbedingten Veränderungen, wie z.B. bei affektiven Störungen oder der Alzheimer Krankheit, nutzbar sind. The rat is a key animal model in neuroscience research and is widely used in translational studies relating to human brain disorders. Analyzing the regional distribution patterns of neurotransmitter receptors provides information about the molecular organization of the brain and enables its functional segregation. Altered receptor distributions in the brain, such as muscarinic and serotonergic receptors, have been implicated in neurodegenerative and mood disorders, including Alzheimer´s disease and depression. In translational research and in vivo neuroimaging, rat brain atlases are used for comparison with the human brain and to localize disorder related alterations. However, translational research on mood disorders is challenging due to individual neuropathological mechanisms and symptoms. Therefore, the rat as model for studying human mood disorders must be carefully evaluated for each specific research question. The resolution of the developed rat brain atlases as references for in vivo neuroimaging, such as magnetic resonance imaging and positron emission tomography, remains too low for detailed identification of smaller brain regions. Thus, high resolution, three dimensional (3D) rat brain atlases are required. This doctoral thesis systematically compared parts of the serotonergic system between the human and rat brain to evaluate the translational potential of the rat for research of human mood disorders. Furthermore, novel maps and a 3D rat brain atlas, based on neurotransmitter receptor distributions, were developed as high resolution reference resources. The first autoradiographic study compared the regional and laminar distributions of 5 HT1A and 5 HT2 receptors in main components of the human emotion regulation network with those in homolog areas of the rat. Significant species differences were found mainly for the 5 HT1A receptors (e.g., in the cingulate cortex and the hippocampus), whereas the 5 HT2 receptors were more similarly distributed in most human and homolog rat brain areas. The second study used in vitro autoradiography and cell body staining to multimodally parcellate the entire rat brain iso and proisocortex according to the molecular organization of cholinergic muscarinic M2 receptors and cytoarchitectonic analysis, respectively. The resulting maps showed the detailed identification of 53 areas, which were published as a high resolution, two dimensional (2D) atlas. A third study developed a high resolution 3D rat brain atlas based on reconstructing the previously published M2 receptor maps of the iso and proisocortex. The 3D atlas and corresponding data are openly accessible via the EBRAINS research infrastructure. The autoradiographic visualization of 5 HT1A, 5 HT2, and M2 receptor distributions in the rat brain provides high resolution, multiscale (i.e., across the entire brain volume, specific regions and cortical laminas) and multidimensional (i.e., 2D maps and 3D reconstructions) references for interspecies comparisons with the human brain and in vivo neuroimaging. Furthermore, regional receptor distributions can be used to localize drug binding sites in future research. Our receptor data can be expanded to include additional data of e.g., glutamatergic and dopaminergic receptors, as well as brain regions such as the striatum and thalamus. This enables receptor and brain region specific analyses, which also allow comparisons with disorder-related alterations, e.g., in mood disorders and Alzheimer's disease.
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Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	02.07.2026
Dateien geändert am:	02.07.2026
Promotionsantrag am:	09.10.2025
Datum der Promotion:	26.05.2026