Dokument: Acute and Chronic Volume Changes in Astrocytes

Titel:	Acute and Chronic Volume Changes in Astrocytes
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=38904
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20160712-083805-0
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Berlinger, Eric [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 10,73 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 08.07.2016 / geändert 08.07.2016
Beitragende:	Prof. Dr. Rose, Christine R. [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Willbold, Dieter [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Zusammenfassung Der Verlust der Fähigkeit von Astrozyten zur Volumenregulation im Verlauf verschiedenster Pathologien, wie z. B. der hepatischen Enzephalopathie, führt zu einem lebensbedrohlichen Hirn-ödem. Wie bei allen Zellen beruht die Volumenregulation bei Astrozyten auf der Kontrolle des intra- und extrazellulären Ionenmilieus und damit des Wasserhaushalts. In dieser Arbeit wurde eine Methode zur Messung von Volumenveränderung von mit Sulforhodamin 101 vital gefärbten Astrozyten in akuten Gehirnschnitten von Mäusen mittels konfokaler Laserscan-mikroskopie etabliert. In diesem Modellsystem zeigten Astrozyten unter isotonen Bedingungen eine signifikante Verminderung des Zellvolumens im Verlauf von sechs Stunden. Verminderung bzw. Erhöhung der Osmolarität der extrazellulären Blutersatzlösung führten zu einer signifikanten Schwellung bzw. Schrumpfung der Astrozyten. Geschwollene Zellen reagierten darauf mit regulatorischer Volumenabnahme, während bei geschrumpften Zellen eine regulatorische Volumenzunahme ausblieb. Diese akuten Volumenänderungen waren bei Hemmung des Na+-K+-Cl—Cotransporters 1 (NKCC1) durch das Schleifendiuretikum Bumetanid unterdrückt, was auf eine maßgebliche Beteiligung des NKCC1 an der Aufrechterhaltung und Regulation des Zellvolumens schließen lässt. Die Verminderung des Zellvolumens unter isotonen Bedingungen war in Gegenwart von Ammonium (5 mM) unterbunden, worin sich möglicherweise die Frühphase einer Ammonium-induzierten Zell-schwellung verbarg Chronische Volumenveränderungen wurden an hippokampalen Schnittkulturen von Mäusen, die mit „green fluorescent protein“ markiertes „glial fibrillary acidic protein“ exprimierten, analysiert Hier führte eine mechanische Läsion in der CA1-Region zu einer über sechs Tage anhaltenden Vergrößerung des Somas der Astrozyten, also einer chronischen zellulären Hypertrophie und der Entstehung einer milden bis schweren reaktiven Gliose. Zusätzlich entwickelte sich eine Glianarbe; eine zelluläre Barriere bestehend aus hypertrophen Astrozyten mit überlap-penden Domänen in direkter Umgebung zur Schnittstelle. Die konfokal-fluoreszenzmikroskopische Untersuchung des immunhistochemischen GFAP-Färbemusters in fixierten Gehirnschnitten von transgenen Mäusen, die das Alzheimer-spezifische humane APP751 mit der Aß-Dimer Mutation Aß-S8C überexprimieren, ergab kein Anzeichen für die Erhöhung des GFAP-Gehaltes und somit keinen Hinweis für die Beteiligung dieses Dimers an der Entstehung einer reaktiven Astrozytose, wie sie in Gehirnen von Alzheimerpatienten gefunden werden kann. Zusammenfassend zeigen diese Methoden also, dass die hier etablierte Methode grundsätzlich zur Bestimmung akuter sowie chronischer zellulärer Volumenveränderungen in Hirnschnitten des Maushirns geeignet ist. Weiterhin weisen sie darauf hin, dass der Transporter NKCC1 maßgeblich an akuten Volumenveränderungen in Astrozyten beteiligt ist. Abstract The loss of the ability for volume regulation in astrocytes in the course a variety of pathologies, such as hepatic encephalopathy, leads to life-threatening cerebral edema. As in other cells, volume regulation in astrocytes is primarily based on the control of the intracellular and extracellular ion milieu, which predominantly determines the water content of the respective compartment. One part of this study was the establishment of a method for monitoring of acute volume changes in astrocytes, stained with the vital marker sulforhodamine 101, in hippocampal slices of mice by using confocal laser scanning microscopy. In this model system, astrocytes showed a significant reduction in cell volume under isotonic conditions during a period of six hours. Reducing or increasing the osmolarity of the extracellular saline caused a significant swelling or shrinkage of the cells, respectively. Swollen astrocytes reacted with regulatory volume decrease upon the osmotic challenge, while in shrunken astrocytes, no regulatory volume increase was observed. Volume changes induced by iso- and hypotonic conditions were prevented by inhibiting the Na+-K+-Cl--Cotransporter 1 (NKCC1) with the loop diuretic bumetanide, indicating a substantial involvement of NKCC1 in volume maintenance and regulation. During addition of ammonium (5 mM), the reduction of astrocyte cell volumes under isotonic conditions was prevented. This might relate to the early phase of an NH4+-induced cell swelling. Chronic volume changes of astrocytes were studied using hippocampal slice cultures of mice expressing glial fibrillary acidic protein labelled with green fluorescent protein (GFAP/GFP). Following a mechanical lesion in the CA1 region, the size of astrocyte somata increased in direct proximity to the lesion site over an observation period of six days. This is indicative of a cellular hypertrophy and the development of a mild to severe reactive gliosis. In addition, a glial scar formed, which represents a cellular barrier consisting of hypertrophic astrocytes with overlapping cellular domains. Immunohistochemical staining for GFAP in fixed brain slices of transgenic mice over-expressing the Alzheimer´s disease-specific the human APP751 with the Aß dimer mutation Aß-S8C revealed no evidence for an elevated GFAP content. That indicates, that the neurotoxic dimer in this mouse model is not responsible for the development of reactive astrocytosis which can be found in brains suffering from Alzheimer´s disease. Taken together these results show that the method established here generally is suitable for the determination of acute, as well as chronic cellular volume changes in brain slices of murine brains. Furthermore these results indicate that the transporter NKCC1 is significantly involved in acute volume changes in astrocytes
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Neurobiologie
Dokument erstellt am:	12.07.2016
Dateien geändert am:	12.07.2016
Promotionsantrag am:	29.03.2016
Datum der Promotion:	29.06.2016