Sensory and Developmental Neuroscience

Prof. Dr. David Keays

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Prof. Dr. David Keays

Raum B01.053

keayslab.org

David Keays in der GSN

Das Ziel des Keays-Labors ist es, wichtige Fragen der sensorischen und entwicklungsbezogenen Neurowissenschaften zu beantworten. Dazu stützen wir uns auf kreative Versuchsdesigns, ergänzt durch eine reduktionistische Denkweise, die unermüdlich auf Details achtet.

Wir konzentrieren uns auf drei Fragen:

1. Wie nehmen Tiere Magnetfelder wahr?
2. Welche Gene sind für die Entwicklung eines Wirbeltiergehirns erforderlich?
3. Warum haben Monotreme andere Gehirne?

Methoden und Ansätze:

Bei der Bearbeitung dieser Fragen verfolgen wir einen interdisziplinären Ansatz, bei dem wir verschiedene Modellsysteme und modernste Technologien einsetzen. Um zu erforschen, wie Tiere Magnetfelder wahrnehmen, verwenden wir Tauben als Modellsystem und setzen dabei Whole-Brain-Clearing, Lichtblattmikroskopie, 2-Photonen-Calcium-Imaging, Neuropixels, synchrotronbasiertes Element-Imaging und Einzelzell-Sequenzierung ein. Wir stellen die Hypothese auf, dass Tauben Magnetfelder durch elektromagnetische Induktion im Innenohr wahrnehmen, die einen bestimmten neuronalen Schaltkreis im Zentralnervensystem aktiviert.

Um Einblicke in die genetische Architektur zu gewinnen, die für den Aufbau eines Wirbeltiergehirns erforderlich ist, stützen wir uns auf die Erzeugung neuartiger transgener Mausmutanten und die Technologie der zerebralen Organoide sowie auf die Untersuchung menschlicher neurologischer Entwicklungsstörungen. Unsere Arbeit hat die Bedeutung von Tubulinen und Mikrotubuli-assoziierten Proteinen (MAPs) für die Entstehung, Migration und Differenzierung von Neuronen hervorgehoben.

Unsere aktuelle Arbeit konzentriert sich auf krankheitsverursachende Mutationen in einer Familie von nicht charakterisierten Mikrotubuli-assoziierten Proteinen (MAST1-4). Wir gehen davon aus, dass Mutationen in diesen Genen Krankheiten verursachen, indem sie das neuronale Phosphoproteom stören, wodurch das Mikrotubuli-Zytoskelett beeinträchtigt und die Struktur und/oder Funktion kortikaler Neuronen verändert wird.

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Um Einblicke in die Entwicklungsprinzipien zu gewinnen, die der Entwicklung des Gehirns von Monotremata zugrunde liegen, haben wir in iPSC-basierte Technologie investiert und diese mit 3D-Zellkulturmethoden gekoppelt. Wir arbeiten eng mit Professor Frank Gutzer (Universität Adelaide) und der Southern Koala and Echidna Rescue (SKER) zusammen, mit dem Ziel, Zellproben für die wissenschaftliche Gemeinschaft zu konservieren.

Unsere Arbeit konzentriert sich auf die strukturellen Unterschiede zwischen dem Gehirn des Echidnas (das stark gegyrifiziert ist) und dem Gehirn des Platypus (das glatt ist). Wir gehen davon aus, dass diese Unterschiede auf eine unterschiedliche Anzahl, Art oder Leistung der neuronalen Vorläuferzellen zurückzuführen sind.

Veröffentlichungen:

Ausgewählte Veröffentlichungen:

Keays DA, Tian G, Poirier K, Huang G, Siebold S, Cleak J, Oliver P, Washbourne R, Fray M, Harvey RJ, Molnar Z, Pinon M, Dear N, Brown SD, Rawlins JP, Davies KE, Cowan NJ, Patrick Nolan P, Chelly J, Flint J. Mutations in -tubulin cause defects in neuronal migration in mice and lissencephaly in humans. Cell. 2007 Jan 12;128(1):45-57.

Treiber CD, Salzer CM, Riegler J, Edelman N, Sugar C, Breuss M, Pichler P, Cadiou H, Saunders M, Lythgoe M, Shaw J, Keays DA. Clusters of iron rich cells in the upper beak of pigeons are macrophages not magnetosensitive neurons. Nature. 2012 Apr 11;484(7394):367-70.

Gstrein T, Edwards A, Přistoupilová A, Leca I, Breuss M, Pilat-Carotta S, Hansen AH, Tripathy R, Traunbauer AK, Hochstoeger T, Rosoklija G, Repic M, Landler L, Stránecký V, Dürnberger G, Keane TM, Zuber J, Adams DJ, Flint J, Honzik T, Gut M, Beltran S, Mechtler K, Sherr E, Kmoch S, Gut I, Keays DA. (2018). Mutations in Vps15 perturb neuronal migration in mice and are associated with neurodevelopmental disease in humans. Nat Neurosci. Feb;21(2):207-217.

Tripathy R, van Dijk T, van Bon B, Gstrein T, Bahi-Buisson N, Paciorkowski A, Pagnamenta A, Taylor J, Terrone G, Vitiello G, D’Amico A, Del Giudice E, Brunetti-Pierri N, Reymond A, Voisin N, Bernstein JA, Farrelly E, Pierson T, Kini U, Leonard T, Mirzaa G, Baas F, Chelly J, Keays DA Mutations in MAST1 cause mega corpus callosum syndrome and cortical malformations. Neuron, 2018 Dec 19;100(6):1354-1368.

Nimpf S, Nordmann GC, Kagerbauer D, Malkemper EP, Landler L, Papadaki-Anastasopoulou A, Ushakova L, Wenninger-Weinzierl A, Novatchkova M, Vincent P, Lendl T, Colombini M, Mason MJ, Keays DA. A putative mechanism for magnetoreception by electromagnetic induction in the pigeon inner ear. Current Biology. 2019 Dec 2;29(23):4052-4059.

Eine vollständige Liste gibt es hier.