Dokument: Entwicklungsabhängige Plastizität an glutamatergen Synapsen im somatosensorischen Cortex der Maus

Titel:Entwicklungsabhängige Plastizität an glutamatergen Synapsen im somatosensorischen Cortex der Maus
Weiterer Titel:Developmental plasticity at glutamatergic synapses in mouse somatosensory cortex
URL für Lesezeichen:https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=7762
URN (NBN):urn:nbn:de:hbz:061-20080507-104117-2
Kollektion:Dissertationen
Sprache:Englisch
Dokumententyp:Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:Text
Autor:Dr. Walz, Corinna [Autor]
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Dateien vom 02.05.2008 / geändert 02.05.2008
Beitragende:Prof. Dr. Gottmann, Kurt [Gutachter]
Prof. Dr. Rose, Christine R. [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:Die Bildung synaptischer Netzwerke im Neokortex während der Entwicklung schließt eine aktivitätsabhängige Stabilisierung präsynaptischer unreifer Freisetzungsstellen ein. Um die Reifung glutamaterger Synapsen auf Pyramidenzellen der Schicht Vb im somatosensorischen Kortex der Maus zu untersuchen, wurden evozierte AMPA Rezeptor-vermittelte postsynaptische Ströme gemessen. „Paired pulse“-Stimulationen in akuten Hirnschnitten am postnatalen Tag 7 (P7) ließen eine hohe initiale Fehlerrate und eine starke Faszilitierung in 25% der synaptischen Antworten erkennen. Dies deutet auf eine extrem niedrige Freisetzungswahrscheinlichkeit in einem Teil der Synapsen hin. Ab P14 zeigten alle Synapsen im Gegensatz zu Beobachtungen an P7 eine sehr niedrige Fehlerrate und eine deutliche Depression in Antworten auf die „paired pulse“-Stimulation, was auf eine Reifung der Synapsen schließen lässt. Dazugehörige NMDA Rezeptor-vermittelte Antworten ließen eine Kopplung von präsynaptischer und postsynaptischer Reifung vermuten. Ein daraufhin durchgeführter selektiver Block der NR2B bzw. NR2A Untereinheiten des NMDA Rezeptors zeigte bei Synapsen mit einer sehr hohen Freisetzungswahrscheinlichkeit einen großen Anteil an NR2A Untereinheiten. Synapsen mit einer niedrigen Freisetzungswahrscheinlichkeit enthielten ausschließlich NMDA Rezeptoren mit NR2B Untereinheiten. Zusätzlich konnten Synapsen beobachtet werden, die ausschließlich funktionelle NMDA Rezeptoren aufwiesen, welche aus NR2B Untereinheiten bestanden. Diese Resultate deuten auf eine enge Kopplung von präsynaptischen und postsynaptischen Reifungsprozessen hin.
Als modulierender Faktor während der Synaptogenese des sich entwickelnden Gehirns wird das Neurotrophin BDNF diskutiert, welchem eine wichtige Rolle bei der synaptischen Entwicklung und Plastizität im zentralen Nervensystem der Säugetiere zugesprochen wird. Um den Einfluss von BDNF als retrograder Botenstoff zu untersuchen, wurden BDNF-defiziente Neurone in organotypische Hirnschnittkulturen transplantiert. Die transplantierten Zellen waren voll funktionsfähig integriert und zeigten keine Unterschiede bezüglich ihrer Morphologie und elektrophysiologischer Eigenschaften. Eine räumliche Kartierung der synaptischen Eingänge dieser Neurone mittels caged Glutamat Photolyse verdeutlichte einen starken Einfluss auf die Ausbildung inhibitorischer Eingänge. Die Messung spontaner postsynaptischer Miniaturströme bestätigte eine Reduktion funktioneller GABAerger Synapsen auf die transplantierten BDNF-defizienten Neurone. Daraus lässt sich schließen, dass die Freisetzung von BDNF die Bildung oder Proliferation GABAerger Synapsen durch eine lokale retrograde Wirkung fördert.

The formation of synaptic networks in the developing neocortex is thought to involve the activity-dependent stabilization of presynaptically immature transmitter release sites. To study the maturation of glutamatergic synapses on layer Vb pyramidal neurons in mouse barrel cortex evoked AMPA receptor mediated excitatory postsynaptic currents were recorded. Paired-pulse minimal stimulation in acute slices at P7 revealed a high initial failure rate and a strong paired-pulse facilitation in about 25% of all synapses tested, indicating that a subset of synapses has a very low release probability. At P14 all synapses studied showed a low failure rate and paired-pulse depression suggesting a developmental maturation of the low release probability synapses observed at P7. The analysis of corresponding NMDA receptor mediated excitatory postsynaptic currents suggested a coupling of functional presynaptic maturation and postsynaptic maturation of NMDA receptor subunit composition. At P7, selective block of either NR2B or NR2A subunits revealed a larger amount of NR2A subunits in synapses with a high release probability, whereas synapses with a low release probability exclusively contained NR2B subunits. Additionally NMDA receptor only synapses were present, which contained mainly NR2B subunits. In summary, we obtained evidence for presynaptically immature glutamatergic synapses in layer Vb pyramidal neurons at P7 and for a tight coupling of pre- and postsynaptic maturation processes.
A candidate molecule to modulate synaptogenesis and network formation in the developing brain is the neurotrophin BDNF, which is known to play a crucial role in synaptic development and plasticity in the mammalian central nervous system. To study a possible involvement of BDNF as a retrograde messenger, single BDNF-deficient or wildtype neurons (EGFP expressing) were transplanted to organotypic slice cultures of the mouse neocortex. The transplanted cells were functionally integrated into the cortical tissue and showed no differences in their morphology and basic electrophysiological properties compared to endogenous slice culture neurons. A spatial mapping of the synaptic inputs on BDNF deficient neurons using caged glutamate photolysis revealed a strong influence of postsynaptic BDNF expression on the formation of inhibitory inputs, which were reduced as compared to transplanted wildtype neurons. Recordings of spontaneous, GABAA receptor mediated miniature postsynaptic currents confirmed a reduction of functional GABAergic synapses on transplanted BDNF-deficient neurons. Therefore, the postsynaptic release of BDNF might promote the formation or functional maturation of GABAergic synapses through local retrograde actions.
Lizenz:In Copyright
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Fachbereich / Einrichtung:Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:02.05.2008
Dateien geändert am:02.05.2008
Promotionsantrag am:13.02.2008
Datum der Promotion:23.04.2008
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