Consequences of pilocarpine-induced status epilepticus in immunodeficient mice

Systemic injection of pilocarpine in rodents induces status epilepticus (SE) and reproduces the main characteristics of temporal lobe epilepsy (TLE). Different mechanisms are activated by SE contributing to cell death and immune system activation. We used BALB/c nude mice, a mutant that is severely immunocompromised, to characterize seizure pattern, neurochemical changes, cell death and c-Fos activation secondarily to pilocarpine-induced SE. The behavioral seizures were less severe in BALB/c nude than in BALB/c wild type mice. However, nude mice presented more tonic clonic episodes and higher mortality rate during SE. The c-Fos expression was most prominent in the caudate-putamen, CA3 (p < 0.05), dentate gyrus, entorhinal cortex (p < 0.001), basolateral nucleus of amygdala (p < 0.01) and piriform cortex (p < 0.05) of BALB/c nude mice than of BALB/c. Besides, nude mice subjected to SE presented high number of Fluorojade-B (FJB) stained cells in the piriform cortex, amygdala (p < 0.05) and hilus (p < 0.05) in comparison with BALB/c mice. A significant increase in the level of glutamate and GABA was found in the hippocampus and cortex of BALB/c mice presenting SE in comparison to controls. However, the level of glutamate was higher in the brains of BALB nude mice than in the brains of BALB/c wild type mice, while the levels of GABA were unchanged. These results indicate that the brains of immunodeficient nude mice are more vulnerable to the deleterious effects of pilocarpine-induced SE as they present intense activation, increased glutamate levels and more cell death. Published by Elsevier B.V.

Differential projections from the lateral habenula to the rostromedial tegmental nucleus and ventral tegmental area in the rat

The mesopontine rostromedial tegmental nucleus (RMTg) is a mostly ?-aminobutyric acid (GABA)ergic structure believed to be a node for signaling aversive events to dopamine (DA) neurons in the ventral tegmental area (VTA). The RMTg receives glutamatergic inputs from the lateral habenula (LHb) and sends substantial GABAergic projections to the VTA, which also receives direct projections from the LHb. To further specify the topography of LHb projections to the RMTg and VTA, small focal injections of the anterograde tracer Phaseolus vulgaris leucoagglutinin were aimed at different subdivisions of the LHb. The subnuclear origin of LHb inputs to the VTA and RMTg was then confirmed by injections of the retrograde tracer cholera toxin subunit b into the VTA or RMTg. Furthermore, we compared the topographic position of retrogradely labeled neurons in the RMTg resulting from VTA injections with that of anterogradely labeled axons emerging from the LHb. As revealed by anterograde and retrograde tracing, LHb projections were organized in a strikingly topographic manner, with inputs to the RMTg mostly arising from the lateral division of the LHb (LHbL), whereas inputs to the VTA mainly emerged from the medial division of the LHb (LHbM). In the RMTg, profusely branched LHb axons were found in close register with VTA projecting neurons and were frequently apposed to the latter. Overall, our findings demonstrate that LHb inputs to the RMTg and VTA arise from different divisions of the LHb and provide direct evidence for a disynaptic pathway that links the LHbL to the VTA via the RMTg. J. Comp. Neurol. 520:12781300, 2012. (C) 2011 Wiley Periodicals, Inc.

Central, but not basolateral, amygdala involvement in the anxiolytic-like effects of midazolam in rats in the elevated plus maze

The role of the amygdala in the mediation of fear and anxiety has been extensively investigated. However, how the amygdala functions during the organization of the anxiety-like behaviors generated in the elevated plus maze (EPM) is still under investigation. The basolateral (BLA) and the central (CeA) nuclei are the main input and output stations of the amygdala. In the present study, we ethopharmacologically analyzed the behavior of rats subjected to the EPM and the tissue content of the monoamines dopamine (DA) and serotonin (5-HT) and their metabolites in the nucleus accumbens (NAc), dorsal hippocampus (DH), and dorsal striatum (DS) of animals injected with saline or midazolam (20 and 30 nmol/0.2 mu L) into the BLA or CeA. Injections of midazolam into the CeA, but not BLA, caused clear anxiolytic-like effects in the EPM. These treatments did not cause significant changes in 5-HT or DA contents in the NAc, DH, or DS of animals tested in the EPM. The data suggest that the anxiolytic-like effects of midazolam in the EPM also appear to rely on GABA-benzodiazepine mechanisms in the CeA, but not BLA, and do not appear to depend on 5-HT and DA mechanisms prevalent in limbic structures.

Amygdala gene expression of NMDA and GABAA receptors in patients with mesial temporal lobe epilepsy

Temporal lobe epilepsy (TLE) is the most common form of partial epilepsy and affects 40% of the patients. Seizures arising from the mesial temporal lobe structures (i.e., amygdala and hippocampus) are common, whereas neocortical seizures are rare. In recent years, many studies aimed to identify the pattern of gene expression of neurotransmitters involved in molecular mechanisms of epilepsy. We used real-time PCR to quantify the expression of GABAA (subunits a1, beta 1, beta 2) and NMDA (subunits NR1, NR2A, and NR2B) receptor genes in amygdalae of 27 patients with TLE and 14 amygdalae from autopsy controls. The NR1 subunit was increased in patients with epilepsy when compared with controls. No differences were found in expression of NMDA subunits NR2A and NR2B or in a1, beta 1, and beta 2 subunits of GABAA receptors. Our results suggest that the NR1 subunit of NMDA receptors is involved in the amygdala hyperexcitability in some of the patients with TLE. (C) 2010 Wiley Periodicals, Inc., Inc.

Erysothrine, an alkaloid extracted from flowers of Erythrina mulungu Mart. ex Benth: Evaluating its anticonvulsant and anxiolytic potential

In this study, we isolated the alkaloid erysothrine from the hydroalcoholic extract of flowers from E. mulungu and screened for its anticonvulsant and anxiolytic actions based on neuroethological and neurochemical experiments. Our results showed that the administration of erysothrine inhibited seizures evoked by bicuculline, PTZ, NMDA and most remarkably, kainic acid. Also, erysothrine induced an increase in the number of entries but not in the time spent in the open arms of the EPM. However, we did not notice any alterations in the light-dark choice or in the open-field tests. In preliminary neurochemistry tests, we also showed that erysothrine (0.001-10 mu g/mL) did not alter the GABA or glutamate synaptossomal uptake and binding. Altogether, our results describe an alkaloid with anticonvulsant activity and mild anxiolytic activity that might be considered well tolerated as it does not alter the general behavior of the animals in the used doses. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Motor cortex stimulation inhibits thalamic sensory neurons and enhances activity of PAG neurons: Possible pathways for antinociception

Motor cortex stimulation is generally suggested as a therapy for patients with chronic and refractory neuropathic pain. However, the mechanisms underlying its analgesic effects are still unknown. In a previous study, we demonstrated that cortical stimulation increases the nociceptive threshold of naive conscious rats with opioid participation. In the present study, we investigated the neurocircuitry involved during the antinociception induced by transdural stimulation of motor cortex in naive rats considering that little is known about the relation between motor cortex and analgesia. The neuronal activation patterns were evaluated in the thalamic nuclei and midbrain periaqueductal gray. Neuronal inactivation in response to motor cortex stimulation was detected in thalamic sites both in terms of immunolabeling (Zif268/Fos) and in the neuronal firing rates in ventral posterolateral nuclei and centromedian-parafascicular thalamic complex. This effect was particularly visible for neurons responsive to nociceptive peripheral stimulation. Furthermore, motor cortex stimulation enhanced neuronal firing rate and Fos immunoreactivity in the ipsilateral periaqueductal gray. We have also observed a decreased Zif268, delta-aminobutyric acid (GABA), and glutamic acid decarboxylase expression within the same region, suggesting an inhibition of GABAergic interneurons of the midbrain periaqueductal gray, consequently activating neurons responsible for the descending pain inhibitory control system. Taken together, the present findings suggest that inhibition of thalamic sensory neurons and disinhibition of the neurons in periaqueductal gray are at least in part responsible for the motor cortex stimulation-induced antinociception. (C) 2012 International Association for the Study of Pain. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Opioidergic, GABAergic and serotonergic neurotransmission in the dorsal raphe nucleus modulates tonic immobility in guinea pigs

Tonic immobility (TI) is an innate defensive behavior that can be elicited by physical restriction and postural inversion and is characterized by a profound and temporary state of akinesis. Our previous studies demonstrated that the stimulation of serotonin receptors in the dorsal raphe nucleus (DRN) appears to be biphasic during TI responses in guinea pigs (Cavia porcellus). Serotonin released by the DRN modulates behavioral responses and its release can occur through the action of different neurotransmitter systems, including the opioidergic and GABAergic systems. This study examines the role of opioidergic, GABAergic and serotonergic signaling in the DRN in TI defensive behavioral responses in guinea pigs. Microinjection of morphine (1.1 nmol) or bicuculline (0.5 nmol) into the DRN increased the duration of TI. The effect of morphine (1.1 nmol) was antagonized by pretreatment with naloxone (0.7 nmol), suggesting that the activation of pi opioid receptors in the DRN facilitates the TI response. By contrast, microinjection of muscimol (0.5 nmol) into the DRN decreased the duration of TI. However, a dose of muscimol (0.26 nmol) that alone did not affect TI, was sufficient to inhibit the effect of morphine (1.1 nmol) on TI, indicating that GABAergic and enkephalinergic neurons interact in the DRN. Microinjection of alpha-methyl-5-HT (1.6 nmol), a 5-HT2 agonist, into the DRN also increased TI. This effect was inhibited by the prior administration of naloxone (0.7 nmol). Microinjection of 8-OH-DPAT (1.3 nmol) also blocked the increase of TI promoted by morphine (1.1 nmol). Our results indicate that the opioidergic, GABAergic and serotonergic systems in the DRN are important for modulation of defensive behavioral responses of TI. Therefore, we suggest that opioid inhibition of GABAergic neurons results in disinhibition of serotonergic neurons and this is the mechanism by which opioids could enhance TI. Conversely, a decrease in TI could occur through the activation of GABAergic interneurons. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Pharmacological interventions in the treatment of the acute effects of cannabis: a systematic review of literature

Abstract Background Cannabis intoxication is related to a number of physical and mental health risks with ensuing social costs. However, little attention has been given to the investigation of possible pharmacological interactions in this condition. Objective To review the available scientific literature concerning pharmacological interventions for the treatment of the acute effects of cannabis. Methods A search was performed on the Pubmed, Lilacs, and Scielo online databases by combining the terms cannabis, intoxication, psychosis, anxiety, and treatment. The articles selected from this search had their reference lists checked for additional publications related to the topic of the review. Results The reviewed articles consisted of case reports and controlled clinical trials and are presented according to interventions targeting the physiological, psychiatric, and cognitive symptoms provoked by cannabis. The pharmacological interventions reported in these studies include: beta-blockers, antiarrhythmic agents, antagonists of CB-1 and GABA-benzodiazepine receptors, antipsychotics, and cannabidiol. Conclusion Although scarce, the evidence on pharmacological interventions for the management of cannabis intoxication suggests that propanolol and rimonabant are the most effective compounds currently available to treat the physiological and subjective effects of the drug. Further studies are necessary to establish the real effectiveness of these two medications, as well as the effectiveness of other candidate compounds to counteract the effects of cannabis intoxication, such as cannabidiol and flumazenil.

Panic-like defensive behavior but not fear-induced antinociception is differently organized by dorsomedial and posterior hypothalamic nuclei of Rattus norvegicus (Rodentia, Muridae)

The hypothalamus is a forebrain structure critically involved in the organization of defensive responses to aversive stimuli. Gamma-aminobutyric acid (GABA)ergic dysfunction in dorsomedial and posterior hypothalamic nuclei is implicated in the origin of panic-like defensive behavior, as well as in pain modulation. The present study was conducted to test the difference between these two hypothalamic nuclei regarding defensive and antinociceptive mechanisms. Thus, the GABA A antagonist bicuculline (40 ng/0.2 µL) or saline (0.9% NaCl) was microinjected into the dorsomedial or posterior hypothalamus in independent groups. Innate fear-induced responses characterized by defensive attention, defensive immobility and elaborate escape behavior were evoked by hypothalamic blockade of GABA A receptors. Fear-induced defensive behavior organized by the posterior hypothalamus was more intense than that organized by dorsomedial hypothalamic nuclei. Escape behavior elicited by GABA A receptor blockade in both the dorsomedial and posterior hypothalamus was followed by an increase in nociceptive threshold. Interestingly, there was no difference in the intensity or in the duration of fear-induced antinociception shown by each hypothalamic division presently investigated. The present study showed that GABAergic dysfunction in nuclei of both the dorsomedial and posterior hypothalamus elicit panic attack-like defensive responses followed by fear-induced antinociception, although the innate fear-induced behavior originates differently in the posterior hypothalamus in comparison to the activity of medial hypothalamic subdivisions.

Fine-tuning of defensive behaviors in the dorsal periaqueductal gray by atypical neurotransmitters

This paper presents an up-to-date review of the evidence indicating that atypical neurotransmitters such as nitric oxide (NO) and endocannabinoids (eCBs) play an important role in the regulation of aversive responses in the periaqueductal gray (PAG). Among the results supporting this role, several studies have shown that inhibitors of neuronal NO synthase or cannabinoid receptor type 1 (CB1) receptor agonists cause clear anxiolytic responses when injected into this region. The nitrergic and eCB systems can regulate the activity of classical neurotransmitters such as glutamate and γ-aminobutyric acid (GABA) that control PAG activity. We propose that they exert a ‘fine-tuning’ regulatory control of defensive responses in this area. This control, however, is probably complex, which may explain the usually bell-shaped dose-response curves observed with drugs that act on NO- or CB1-mediated neurotransmission. Even if the mechanisms responsible for this complex interaction are still poorly understood, they are beginning to be recognized. For example, activation of transient receptor potential vanilloid type-1 channel (TRPV1) receptors by anandamide seems to counteract the anxiolytic effects induced by CB1 receptor activation caused by this compound. Further studies, however, are needed to identify other mechanisms responsible for this fine-tuning effect.

Dorsal periaqueductal gray stimulation facilitates anxiety-, but not panic-related, defensive responses in rats tested in the elevated T-maze

The escape response to electrical or chemical stimulation of the dorsal periaqueductal gray matter (DPAG) has been associated with panic attacks. In order to explore the validity of the DPAG stimulation model for the study of panic disorder, we determined if the aversive consequences of the electrical or chemical stimulation of this midbrain area can be detected subsequently in the elevated T-maze. This animal model, derived from the elevated plus-maze, permits the measurement in the same rat of a generalized anxiety- and a panic-related defensive response, i.e., inhibitory avoidance and escape, respectively. Facilitation of inhibitory avoidance, suggesting an anxiogenic effect, was detected in male Wistar rats (200-220 g) tested in the elevated T-maze 30 min after DPAG electrical stimulation (current generated by a sine-wave stimulator, frequency at 60 Hz) or after local microinjection of the GABA A receptor antagonist bicuculline (5 pmol). Previous electrical (5, 15, 30 min, or 24 h before testing) or chemical stimulation of this midbrain area did not affect escape performance in the elevated T-maze or locomotion in an open-field. No change in the two behavioral tasks measured by the elevated T-maze was observed after repetitive (3 trials) electrical stimulation of the DPAG. The results indicate that activation of the DPAG caused a short-lived, but selective, increase in defensive behaviors associated with generalized anxiety.

Experimentelle Untersuchungen zur embryonalen Entwicklung identifizierter Vorläuferzellen des zentralen Nervensystems von Drosophila melanogaster

Zusammenfassung Das ventrale Nervensystem (vNS) von Drosophila melanogaster entsteht aus zwei verschiedenen Populationen von Vorläufern, den mesektodermalen oder Mittellinien (ML)-Vorläufern und den neuroektodermalen Vorläufern oder Neuroblasten (NBs). Beide Populationen unterscheiden sich in vielen Aspekten, wie z.B. Genexpression, Teilungsverhalten und Zellstammbaum. Die ca. 30 NBs pro Hemisegment delaminieren als Einzelzellen aus dem Neuroektoderm und bilden ein invariantes subepidermales Muster in der neu entstandenen neuralen Zellschicht aus. Sie sind dort aufgrund ihrer Lage und der Expression spezifischer molekularer Marker individuell identifizierbar. Um die Mechanismen zu verstehen, die zur Determination und Differenzierung von ZNS Zellen führen, ist es eine Grundvoraussetzung, die Zellstammbäume aller Vorläufer zu kennen. Unter Verwendung des lipophilen in vivo Fluoreszenzfarbstoffs DiI wurden in früheren Arbeiten die Zellstammbäume der ML-Vorläufer und von 17 NBs, die aus der ventralen Hälfte des Neuroektoderms stammten, beschrieben. In der hier vorgelegten Arbeit wurden die Zellstammbäume von 13 NBs, die aus dem dorsalen Teil des Neuroektoderms delaminierten, beschrieben und 12 davon identifizierten Vorläufern zugeordnet. Darüber hinaus wurde ein bisher nicht beschriebener NB (NB 1-3) identifiziert und anhand morphologischer und molekularer Kriterien charakterisiert. Insgesamt produzierten die NBs ca. 120 Neurone und 22 bis 27 Gliazellen pro Hemineuromer, die in eine systematische Terminologie eingefügt wurden. Insgesamt besteht damit ein Neuromer des embryonalen vNS von Drosophila aus ca. 700 Neuronen (350 pro Hemineuromer) und 60 Gliazellen (30 pro Hemineuromer), die von NBs abstammen. Hinzu kommen ca. 12 ML-Neurone und 2 bis 4 ML-Glia pro Neuromer. Damit stammten die meisten Gliazellen im embryonalen vNS von Drosophila von NBs ab, die aus dem dorsalen Neuroektoderm hervorgingen. Zwei dieser NBs hatten ausschließlich gliale Nachkommen (NB 6-4A, GP) und fünf generierten sowohl Glia als auch Neurone (NBs 1-3, 2-5, 5-6, 6-4T, 7-4). Die übrigen sieben Zellstammbäume (NBs 2-4, 3-3, 3-5, 4-3, 4-4, 5-4, Klon y) waren rein neuronal. Es war ferner möglich, das bereits bekannte laterale Cluster von even-skipped exprimierenden Zellen (EL) dem Stammbaum von NB 3-3 zuzuordnen. Zusammen mit den zuvor beschriebenen Klonen sind damit mehr als 90% der thorakalen und abdominalen Zellstammbäume im embryonalen vNS von Drosophila bekannt. Darüber hinaus sind zuvor identifizierte Neurone und die meisten Gliazellen einem bestimmten Stammbaum zugeordnet und damit mit einer ontogenetischen Geschichte versehen. Dieser komplette Datensatz liefert eine Grundlage für die Interpretation mutanter Phänotypen und für zukünftige Untersuchungen über die Festlegung von Zellschicksalen und die Differenzierung von Zellen. Dies könnte dazu beitragen, das Verhältnis zwischen Herkunft der Zelle, Genexpression und Zellfunktion besser zu verstehen. Die wesentliche Funktion neuronaler Zellen ist die Integration und Weiterleitung von elektrischen Signalen. Mithin ist die Ausbildung elektrischer Eigenschaften (Elektrogenese) ein wesentlicher Aspekt der neuronalen Entwicklung. Um dabei zelltypspezifische Unterschiede zu finden, ist die Arbeit an definierten Zellpopulationen eine zwingende Voraussetzung. Es wurde daher hier ein in vitro System verwendet, das die selektive Kultivierung identifizierter embryonaler Vorläufer unter verschiedenen Bedingungen erlaubt. Da die Zellstammbäume der ML-Vorläufer besonders einfach sind und die ML-Zellen zudem in vielen Aspekten von den neuroektodermalen Zellen verschieden sind (s.o.), wurden die ML-Neurone als erstes Modellsystem ausgewählt. Unter Verwendung der Patch-clamp Technik wurden die in dieser definierten Zellpopulation auftretenden Ionenströme detailliert beschrieben. ML-Neurone exprimierten zumindest zwei verschiedene Typen von spannungsgesteuerten K+-Strömen (IA und IK), einen spannungsabhängigen Na+-Strom und zwei spannungsgesteuerte Ca(Ba)2+-Ströme. Darüber hinaus reagierten sie auf die Neurotransmitter ACh und GABA. Die meisten Ionenströme in den ML-Neuronen waren, trotz ihrer ontogenetischen Besonderheit, annähernd identisch mit denen, die in anderen Drosophila-Neuronen gefunden wurden. Ihnen fehlte allerdings eine anhaltende Komponente des Na+-Stroms, und sie waren homogen in ihrer Aktivität. Selbst bei anhaltender elektrischer Stimulation generierten sie immer nur ein Aktionspotential. Sie sind daher möglicherweise spezifisch hinsichtlich ihrer Signalleitungseigenschaften. Interessanterweise zeigte sich durch Verwendung verschiedener Kulturbedingungen, daß die Expression der spannungsgesteuerten K+-Kanäle weitgehend zellautonom erfolgte, während die Expression der anderen Ströme stark durch das Vohandensein von Neuritenkontakten beeinflußt wurde. Vorläufige Untersuchungen lassen darauf schließen, daß der involvierte molekulare Mechanismus unabhängig von synaptischer Transmission ist. In einer Art 'Ausblick' wurde schließlich die Validität von in vitro Ableitungen durch Analyse spannungsgesteuerter K+-Ströme in einer neuen in situ Präparation geprüft, die verschiedene Bereiche des Drosophila-ZNS für elektrophysiologische Untersuchungen zugänglich macht. Damit ist ein experimentelles System etabliert, daß den direkten Vergleich von in vitro und in situ Daten an definierten Zellpopulationen ermöglichen sollte.

Design, Synthese und biologische Evaluierung von Pyrrolcarboxamiden mit Nucleobasen- oder tricyclischer Aromatenfunktion

Ausgehend von den Naturstoffen Netropsin und Distamycin A, antitumoraktiven Pyrrolcarboxamiden, die selektiv an AT-reiche Sequenzen in der kleinen Rinne (Minor-Groove) der DNA binden, sollten neue Nucleobasen- bzw. Interkalator-gekoppelte Derivate (letztere werden als „Combilexine“ bezeichnet) synthetisiert und biologisch evaluiert werden. Unter Zuhilfenahme quantenchemischer AM1-Rechnungen sollten Struktur-Wirkungs-Beziehungen abgeleitet werden. Als Grundgerüst diente die Mono- bzw. Bispyrrolcarboxamid-Einheit mit C-terminaler N,N-Dimethyl-1,3-diaminopropan-Seitenkette, die die ebenfalls basische Amidinstruktur der Leitsubstanzen imitieren sollte. Variationen erfolgten ausschließlich am N-terminalen Ende. Hierbei wurden zunächst Adenin-, Thymin- und Uracil-alkancarbonsäuren mit variabler Kettenlänge synthetisiert und über verschiedene Amidkupplungsverfahren an die Aminofunktion des Pyrrolcarboxamid-Grundgerüstes geknüpft. In Analogie hierzu folgte die Synthese von Combilexinen mit Acridon, (Nitro-)Naphthalimid und Iminostilben als Interkalatorkomponenten. Im 3. synthetischen Teil der Arbeit wurden Carbonsäure- und Sulfonylchloride des Interkalators Acridin und des Interkalators und Photosensibilisators Anthrachinon über die aliphatischen Linker ß-Alanin und -Aminobuttersäure an das Pyrrolcarboxamidgrundgerüst gebunden. Testungen von Verbindungen aller 3 Serien auf Zytotoxizität beim National Cancer Institute, USA, und DNA-Bindestudien und Topoisomerase-Hemmtests im Laboratory of Pharmacology, INSERM in Lille, Frankreich, schlossen sich an. Bei allen Verbindungen mit mindestens 3 Carboxamid-Funktionen zeigte sich gute bis ausgezeichnete DNA-Bindung; einige wiesen Topoisomerase II - Hemmung auf. Beide Parameter korrelierten allerdings nicht mit der Zytotoxizität, was vor allem an der mangelhaften Zellmembranpermeation einiger Verbindungen aufgrund zu geringer Lipophilie liegen dürfte. Quantenchemische Rechnungen ergaben ebenfalls wenige Gesetzmäßigkeiten. Ein elektronenarmer N-terminaler Rest (wie im Falle des hochpotenten Iminostilben-Derivates) scheint aber die Zytotoxizität einer Substanz ebenso wie zunehmende Linkerlänge zu begünstigen. Eine Ausnahme bilden hier die Anthrachinonderivate. Die drei zytotoxisch aktivsten Vertreter dieser Gruppe besitzen als Linker ß-Alanin, was eine aus der sonst bei Minor-Groove-Bindern üblichen Kurvature herausragende Konformation zur Folge hat. Diese ermöglicht vermutlich eine besonders gute Interaktion mit der DNA.

Expressions- und Funktionsanalysen von "Tetraspan Vesicle Membrane Proteins" in Caenorhabditis elegans

Tetraspan vesicle membrane proteins (TVPs) sind ubiquitäre Komponenten von Transportvesikeln. Bei den Säugetieren unterscheidet man drei Familien, die Physine, Gyrine und SCAMPs (secretory carrier-associated membrane proteins). Ihre Funktion ist weitgehend unbekannt, es wird jedoch vermutet, dass sie eine Rolle bei der Vesikelbildung und der Vesikelrezirkulierung spielen. In Caenorhabditis elegans existiert von jeder Familie jeweils nur ein einziges Polypeptid: für die Physine Synaptophysin (SPH-1), für die Gyrine Synaptogyrin (SNG-1) und für die SCAMPs SCAMP (SCM-1). Ziel der Arbeit war es die Verteilung der C. elegans TVPs zu untersuchen und ihre Funktion unter besonderer Berücksichtigung der vesikelvermittelten synaptischen Kopplung zu bestimmen. Wenn die C. elegans TVPs in humanen Epithelzellen synthetisiert werden, lokalisieren sie in zytoplasmatischen Vesikeln. In Kotransfektionsexperimenten wurde gezeigt, dass sie größtenteils in den gleichen Strukturen enthalten sind. In C. elegans synthetisierte TVP-Reporterkonstrukte können in unterschiedlichen Geweben nachgewiesen werden. Dabei ist SNG-1 fast ausschließlich in Neuronen zu finden. SPH-1 und SCM-1 hingegen weisen komplexe und teilweise überlappende Verteilungsmuster auf. Während für SPH-1 eine starke Fluoreszenz im Pharynx, auf der apikalen Seite der Darmzellen oberhalb des sog. terminal webs und in adluminalen Regionen von exkretorischen Geweben gefunden wurde, war SCM-1 stark in der Muskulatur und den Coelomozyten vertreten. Die Expression von SCM-1 in Pharynx und Darm war deutlich schwächer. Die C. elegans TVPs werden früh in der Entwicklung ab der Gastrulation (SPH-1 und SCM-1) bzw. ab der Neurulation im sog. Komma-Stadium (SNG-1) produziert. Um die Funktion der TVPs in C. elegans zu untersuchen, wurden TVP-Mutanten analysiert. Durch Kombination aller drei TVP-Gen-Mutanten wurden TVP-Dreifachmutanten generiert. Diese wiesen keinen offensichtlichen Defekt im Bewegungsmuster auf, entwickelten sich normal und bildeten ein normales Nervensystem aus. Auch auf unterschiedliche chemische und physikalische Reize in sensorischen Tests reagierten die TVP-Dreifachmutanten in gleicher Weise wie Wildtyptiere. Ebenso zeigen die TVP-Dreifachmutanten elektrophysiologisch unter normalen Bedingungen keine anormalen Reaktionsmuster. In ultrastrukturellen Untersuchungen wurde lediglich eine signifikant erhöhte Anzahl Clathrin-ummantelter Vesikel in cholinergen Synapsen gefunden. Erst unter Stressbedingungen, hervorgerufen durch den GABA-Antagonisten Pentylentetrazol (PTZ), wiesen sowohl die TVP-Dreifach- als auch die TVP-Einzelmutanten eine deutlich erhöhte Krampfbereitschaft auf. Zusammengenommen zeigen die Analysen, dass TVPs zwar für grundlegende neuronale Prozesse nicht notwendig sind, dass sie aber auf der anderen Seite vermutlich an alternativen redundanten Wegen der Neurotransmitterfreisetzung beteiligt sind.

Charakterisierung von inhibitorischen, glyzinergen Synapsen bei Amakrinzellen der Säugernetzhaut

Amakrinzellen sind hemmende Interneurone der Netzhaut. Sie exprimieren erregende, ionotrope Glutamat-Rezeptoren und hemmende Glyzin- bzw. GABA-Rezeptoren. In der vorliegenden Arbeit wurden die Glyzinrezeptoren von Amakrinzellen mit Hilfe der „Patch Clamp“ Technik in Wildtyp- und Glyzin-Rezeptor Knock-out-Mäusen (Glra1spd-ot, Glra2-/-, Glra3-/-) untersucht. In Schnitten und Ganzpräparaten von akut isolierten Netzhäuten wurden Glyzin-induzierte und spontane inhibitorische postsynaptische Ströme (sIPSCs) gemessen. Die Untersuchungen beschränkten sich auf eine Gruppe von Amakrinzellen, die sich durch ein relativ kleines Dendritenfeld auszeichnen, das alle Schichten der IPL durchzieht. Dabei wurden die Ströme von zwei Typen von Amakrinzellen, den AII-Zellen und den NF-Zellen, miteinander verglichen. Alle untersuchten Amakrinzellen reagierten mit einem Stromfluss über die Membran, wenn Glyzin appliziert wurde. Bei AII-Zellen war die Amplitude des Stromes bei der Glra3-/--Maus um etwa 50 % reduziert, während bei den anderen Mauslinien kein Unterschied zum Wildtyp festgestellt wurde. Bei NF-Zellen wurde nur ein geringer Unterschied der Stromamplituden zwischen Wildtyp und Mutanten gefunden. Er war am deutlichsten bei der Glra2-/--Maus. Picrotoxinin ist ein effektiver Antagonist von homomeren Glyzinrezeptoren, während heteromere Glyzinrezeptoren relativ unempfindlich sind. Die Wirkung von Picrotoxinin war bei allen untersuchten Zellen ähnlich und reduzierte die Glyzinantwort um etwa 25 - 30 %. Dieser Effekt war unabhängig von der Mauslinie. Amakrinzellen exprimieren also zum Großteil heteromere Rezeptoren Zur Untersuchung der synaptischen Glyzinrezeptoren der Amakrinzellen wurden die spontanen inhibitorischen postsynaptischen Ströme dieser Zellen gemessen und deren Amplituden und Kinetiken bestimmt. Dabei unterschieden sich die Zeitkonstanten der Deaktivierungs/Desensitivierungskinetik (τw) von AII- und NF-Zellen, wohingegen die Aktivierungszeit nicht voneinander abwich. Spontane IPSCs, die von AII-Amakrinzellen abgeleitet wurden, hatten eine mittlere Zeitkonstante von τ = 11 ms und streuten zwischen 5 und 30 ms. Die Zeitkonstanten der sIPSCs von NF-Amakrinzellen lagen zwischen 10 und 50 ms und wiesen eine mittlere Zeitkonstante von τw = 27 ms auf. Die unterschiedlichen Zeitkonstanten spiegeln die Zusammensetzung der α-Untereinheiten des Glyzinrezeptors wider. AII-Zellen in der Glra1-/-- und in der Glra2-/--Maus hatten vergleichbare Zeitkonstanten wie die AII-Zellen im Wildtyp. Bei der Glra3-/--Maus konnten bei 50 untersuchten AII-Amakrinzellen keine sIPSCs gemessen werden. Dies und die Ergebnisse der Glyzin-induzierten Ströme von AII-Zellen lassen darauf schließen, dass die glyzinergen Synapsen dieser Zellen bevorzugt die α3-Untereinheit enthalten. Bei NF-Amakrinzellen konnte kein Unterschied zwischen Wildtyp-, Glra1spd-ot- und Glra3-/--Mäusen festgestellt werden. Dagegen zeigten die sIPSCs der NF-Amakrinzellen der Glra2-/--Maus signifikant längere Zeitkonstanten. Der Mittelwert verlängerte sich von 27 ms auf 69 ms und es war eine breitere Streuung mit Zeitkonstanten zwischen 15 und 200 ms zu sehen. Die glyzinergen Synapsen der NF-Zellen enthalten vor allem die α2-Untereinheit des Glyzinrezeptors. Die Zeitkonstanten der sIPSCs sind unabhängig von der Verteilung ihrer jeweiligen Amplituden, und zwischen Wildtyp- und KO-Mäusen wurden keine Unterschiede in den Amplituden der sIPSCs beobachtet. Während der Untersuchungen wurden sporadisch noch weitere Amakrinzellen, vor allem „widefield“- (WF) Zellen abgeleitet. Die Verteilungen der Zeitkonstanten der sIPSCs dieser Zellen streuten zwischen 8 und über 100 ms. Dabei wurden Zeitkonstanten gemessen, die noch langsamer waren als die von NF-Amakrinzellen und bei einigen WF-Zellen wurden mittlere Zeitkonstanten von mehr als 50 ms beobachtet. Diese Ergebnisse zeigen, dass unterschiedliche Klassen von Amakrinzellen verschiedene α-Untereinheiten des Glyzinrezeptors in den Synapsen exprimieren. Dies hat Auswirkung auf die Kinetik der glyzinergen Hemmung bei diesen Zellen und lässt darauf schließen, dass sie bei der zeitlichen Modulation der Lichtsignale unterschiedliche Aufgaben haben.