Dokument: Intracellular chloride concentrations in glial cells under normal or pathological conditions

Titel:	Intracellular chloride concentrations in glial cells under normal or pathological conditions
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=58164
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20211202-105005-0
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Engels, Miriam [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 20,62 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 26.11.2021 / geändert 26.11.2021
Beitragende:	Prof. Dr. Fahlke, Christoph [Gutachter] Prof. Dr. Christine R. Rose [Gutachter] Prof. Dr. Christian Henneberger [Gutachter]
Stichwörter:	intracellular chloride concentrations, chemical stress mimicking ischemia, fluorescence lifetime imaging microscopy, excitatory amino acid transporters, Na-K-2Cl cotransporters, K-Cl cotransporters, epilepsy, dentate gyrus, radial glia-like cells, chloride homeostasis
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Glial cells represent a major cell population in the central nervous system (CNS). They supply nutrients and signalling molecules to adjacent neurons and regulate extracellular neurotransmitter and potassium concentrations ([K+]ext) (Deitmer and Rose 2010). High water permeability enables glial cells to rapidly change their cell volume. Pathological conditions, such as epilepsy, hepatic failure, hyponatremia, stroke, and traumatic brain injuries can result in glial cell swelling and cerebral edema (Feustel et al. 2004, Deng et al. 2014, Stokum et al. 2016, Gankam Kengne and Decaux 2018, Wilson and Mongin 2019). Chloride concentrations and their gradients are significant factors in volume regulation (McManus et al. 1995, Mongin 2016), initiation of apoptosis and the regulation of cell proliferation (Elorza-Vidal et al. 2019, Wilson and Mongin 2019), thereby making glial chloride homeostasis an important determinant of normal brain function. Thus far, glial intracellular chloride concentrations ([Cl-]int) describing a range between 20 – 46 mM were mainly analysed in cultured cells and determined with different techniques and methods, (Kimelberg 1981, Kettenmann et al. 1987, Walz and Mukerji 1988, Bevensee et al. 1997, Bekar and Walz 2002). However, cultured glial cells are pulled out of their physiological environment and exhibit various differentiation phases. Measurements in acute brain slices (Marandi et al. 2002, Kaneko et al. 2004, Untiet et al. 2016, Untiet et al. 2017), appear to be better suited to describe glial chloride homeostasis under physiological conditions, because the natural environment of glial cells and specific neuron-glia interactions are preserved in this preparation. The non-invasive fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM) with the chloride-sensitive dye MQAE (Gensch et al. 2015) is used to study various glial cell types in acute mouse brain slices. These experiments show a variety of [Cl-]int, which are substantially lower than [Cl-]int in cerebellar Bergmann glial cells, estimated with the same method (Untiet et al. 2017). Moreover, the results demonstrate [Cl-]int dynamics under pathophysiological conditions, known to disturb chloride homeostasis, like artificial evoked ischemia (present study: Engels et al., submitted) and episodic ataxia type 6 (present study: Kovermann et al. 2020; Kolobkova et al., in preparation). This work demonstrates glial cell-specific regulations of [Cl-]int, which appear to be essential for cellular functions within the brain. Furthermore, it describes the functions of glial chloride transporters and channels in these processes. Gliazellen umfassen eine große Population an Zellen im zentralen Nervensystem. Sie versorgen benachbarte Neuronen mit Nährstoffen und Signalmolekülen und regulieren die extrazellulären Konzentrationen von Neurotransmittern und Kalium ([K+]ext) (Deitmer and Rose 2010). Eine erhöhte Wasserpermeabilität ermöglicht Gliazellen schnelle Zellvolumenänderungen. Pathologische Bedingungen, wie beispielsweise Epilepsie, Leberinsuffizienz, Hyponatriämie, Schlaganfälle, Schädel-Hirn-Trauma, Rückenmarks-verletzungen oder auch Hypoglykämie, stehen in einem Zusammenhang mit glialer Zellschwellung und Hirnödemen (Feustel et al. 2004, Deng et al. 2014, Stokum et al. 2016, Gankam Kengne and Decaux 2018, Wilson and Mongin 2019). Chloridkonzentrationen und deren Gradienten sind wichtige Faktoren für die Volumenregulation (McManus et al. 1995, Mongin 2016), Auslösung der Apoptose und die Regulation der Zellproliferation (Elorza-Vidal et al. 2019, Wilson and Mongin 2019) und machen demnach die gliale Chloridhomöostase zu einem bedeutenden Determinanten für eine normale Hirnfunktion. Bis jetzt wurden gliale intrazelluläre Chloridkonzentrationen ([Cl-]int), die zwischen 20 und 46 mM variieren, weitestgehend in Zellkultur bestimmt und mit Hilfe unterschiedlicher Techniken und Methoden ermittelt (Kimelberg 1981, Kettenmann et al. 1987, Walz and Mukerji 1988, Bevensee et al. 1997, Bekar and Walz 2002). Kultivierte Gliazellen befinden sich jedoch nicht in ihrem natürlichen, zellulären Umfeld und bestehen aus unterschiedlichen Differenzierungsstadien. Messungen in akuten Gewebeschnitten (Marandi et al. 2002, Kaneko et al. 2004, Untiet et al. 2016, Untiet et al. 2017) erscheinen geeigneter zu sein, um die gliale Chlorid-Homöostase unter physiologischen Bedingung zu beschreiben, da hier die natürliche Umgebung von Gliazellen und Interaktionen zwischen Gliazellen und Neuronen erhalten bleiben. Die nicht-invasive Fluoreszenzlebenszeit-Mikroskopie (FLIM) in Kombination mit dem chloridsensitiven Fluoreszenzfarbstoff MQAE (Gensch et al. 2015) ist zur Bestimmung unterschiedlicher glialer Zelltypen in akuten Mausgehirn-Gewebeschnitten verwendet worden. Die Experimente zeigen unterschiedliche [Cl-]int auf, die deutlich geringer sind als [Cl-]int in zerebellären Bergmann Gliazellen und mit der gleichen Methode ermittelt worden sind (Untiet et al. 2017). Die Ergebnisse ermöglichen eine Beschreibung der [Cl-]int-Dynamik unter pathophysiologischen Bedingungen, bei denen die Chloridhomöostase gestört ist, wie der artifiziell erzeugten Ischämie (Vorliegende Publikation: Engels et al., eingereicht) und der Episodischen Ataxie Typ 6 (Vorliegende Publikationen: Kovermann et al. 2020; Kolobkova et al., in Vorbereitung). Diese Arbeit weist glia-zellspezifische Regulationen der [Cl-]int auf, die essentiell für zelluläre Aufgaben im Gehirn sind und beleuchtet die Funktionen von glialen Chloridtransportern und – Kanälen bei diesen Prozessen.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	02.12.2021
Dateien geändert am:	02.12.2021
Promotionsantrag am:	27.05.2021
Datum der Promotion:	27.10.2021