Dokument: Analyse der funktionellen Rolle synaptischer Adhäsionsmoleküle in Mausneuronen

Titel:	Analyse der funktionellen Rolle synaptischer Adhäsionsmoleküle in Mausneuronen
Weiterer Titel:	Analysis of the functional role of synaptic adhesion molecules in mouse neurons
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=17012
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20110126-105122-5
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Pielarski, Kim [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 22,81 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 14.01.2011 / geändert 14.01.2011
Beitragende:	Prof. Dr. Gottmann, Kurt [Gutachter] Prof. Dr. Rose, Christine R. [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Zusammenfassung Für komplexe Hirnleistungen ist ein spezifisch verschaltetes neuronales Netzwerk essentiell. Dabei ist neben der selektiven Synapsenbildung insbesondere die spezifische Synapsenelimination unpassender synaptischer Partner ein wichtiger Faktor. Aufgrund der starken homophilen Bindung von prä- und postsynaptischen N-Cadherin Molekülen, wird N-Cadherin eine wichtige Rolle in der synaptischen Erkennung zugeschrieben. Folglich könnte die asymmetrische Expression von N-Cadherin eine ebenso entscheidende Funktion in der Elimination von Synapsen haben. Um dies zu überprüfen, wurden in der vorliegenden Arbeit einzelne N-Cadherin defiziente Neurone mit N-Cadherin transfiziert (postsynaptische Expression), während die präsynaptischen Zellen weiterhin kein N-Cadherin exprimierten. Somit war es möglich, die asymmetrische Expression von N-Cadherin hinsichtlich ihrer Auswirkung auf die Synapsenstabilität zu untersuchen. Die nach 48 Stunden gemessenen AMPA Rezeptor-vermittelten Miniatur-EPSCs bestätigten, dass in der Tat die synaptische Funktion beträchtlich eingeschränkt war. Als Ursache hierfür konnten Defekte in der präsynaptischen Vesikelfreisetzung festgestellt werden. Um zu überprüfen, ob andere klassische Cadherine als Kandidaten für eine Interaktion mit dem postsynaptischen N-Cadherin in Frage kommen, wurden Peptide, welche spezifisch an die Cadherin-Bindungsstelle von N-Cadherin binden, appliziert. Da diese Peptide keinen Einfluss auf die Beeinträchtigung der synaptischen Transmission hatten, konnten klassische Cadherine als Kooperationspartner ausgeschlossen werden. Im Gegensatz dazu bewirkte die Zugabe von BDNF, dass sich die synaptische Aktivität normalisierte. Überdies wurde eine Abhängigkeit der BDNF induzierten Potenzierung synaptischer Transmission von N-Cadherin festgestellt. Eine direkte Interaktion mit den BDNF Rezeptoren TrkB oder p75NTR konnte allerdings mittels biochemischer Methoden (Co-Immunopräzipitation) nicht bestätigt werden. Störungen in der synaptischen Transmission können ein Hinwies auf bevorstehende Synapsenelimination sein. Entsprechend zeigten Färbungen für das synaptische Vesikelprotein VAMP2 8 Tagen nach der Transfektion eine deutliche Reduktion der Synapsen. Eine detaillierte Analyse, welche eine Unterscheidung von Autapsen und Synapsen ermöglichte, bestätigte eine Synapsenelimination. Darüber hinaus konnte nach konditionalem Knockout von N-cadherin in einzelnen Neuronen eine Retraktion des Axon und der Dendriten festgestellt werden. Zusätzlich konnte eine Kooperation von N-cadherin und Neuroligin1 in der Regulation synaptischer Aktivität auf funktioneller Ebene durch die Analyse AMPA- und NMDA Rezeptor-vermittelter Ströme bestätigt werden. Abstract Sophisticated information processing in the brain requires highly specified neuronal circuits. Besides selective synapse formation, the specific elimination of inappropriate synapses is crucial for the complex wiring of unique networks. Based on its homophilic binding properties, matching pre- and postsynaptic N-cadherin is proposed to be a key player in synaptic recognition. Accordingly, the asymmetric expression of N-cadherin might be pivotal in the selective elimination of synapses. To experimentally address this hypothesis, single ES cell-derived neurons deficient for N-cadherin (Ncad-/-) were transfected with N-cadherin, leading to its expression postsynaptically. All presynaptic neurons still lacked N-cadherin, thus enabling the analysis of the effect of an asymmetric N-cadherin expression. Recordings of AMPA receptor-mediated miniature postsynaptic currents (mEPSCs) 48h after transfection revealed a significant defect in synaptic transmission, which could be demonstrated to be caused by disturbed presynaptic vesicle release. Putative candidate molecules for heterophilic interaction with N-cadherin are other classical cadherins. To study a cooperation with the postsynaptically expressed N-cadherin, antagonistic peptides specifically binding to the cadherin binding motif were applied. No effects of the peptides were observed in recordings of AMPA receptor-mediated mEPSCs, making an involvement of classical cadherins in the signaling pathway unlikely. In contrast, the addition of BDNF was shown to reverse impairment of synaptic transmission. Moreover, a dependence of BDNF-induced potentiation of synaptic activity on N-cadherin was found. However, using biochemical approaches (coimmunoprecipitation) no direct interaction between N-cadherin and the BDNF receptors TrkB or p75NTR could be detected. As an impaired synaptic function may be a potential trigger for later synapse disassembly, immunocytochemical stainings for the vesicle protein VAMP2 were performed 8 days after transfection, revealing a reduced number of synapses. A detailed analysis including the distinction of synapses and autapses at later maturational stages was done by combining stainings (VAMP2) and cotransfections (PSD-GFP, N-cadherin, DsRed2-VAMP2), confirming in fact an elimination of synapses. Moreover, this elimination appeared to be accompanied by axon and dendrite retraction as shown by conditional N-cadherin knockout. Additionally, a cooperation of N-cadherin and neuroligin1 in modulating synaptic function was revealed via electrophysiological recordings of AMPA- and NMDA receptor-mediated currents.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Neuro- und Sinnesphysiologie
Dokument erstellt am:	26.01.2011
Dateien geändert am:	26.01.2011
Promotionsantrag am:	14.10.2010
Datum der Promotion:	09.12.2010