Functional role of Gq/11 in synaptic plasticity of the hippocampus
Final Report Abstract
Fokus der Aktivitäten in der letzten Förderperiode war die Analyse der Expression des HCN2 Kanals im Hippocampus und seiner Rolle für die hippocampale synaptische Plastizität auf zellulärer Ebene. HCN2 Kanäle gehören zur Familie der „hyperpolarizing-activated cyclic nucleotide-gated channels” (HCN1-2). Diese Kanäle aktivieren bei Membranhyperpolarisation und vermitteln dann einen depolarisierenden Einwärtsstrom (Ih Strom), welcher eine wichtige Funktion bei der Integration postsynaptischer Potentiale in distalen Dentriten besitzt und die Erregbarkeit bestimmter Neurone in limitierender Weise beeinflussen. Intensive HCN2-spezifische Immunoreaktivität in Form eines Bandes wurde im Stratum lacunosum moleculare detektiert, d.h. übereinstimmend mit der Lokalisation der distalen Dendriten der hippocampalen Pyramidenneurone. Darüber hinaus beobachteten wir HCN2- spezifische Immunoreaktivität in Form von Spots in verschiedenen Schichten des Hippocampus, u.a. im Stratum oriens. Wir untersuchten die Langzeitpotenzierung (LTP) in den beiden exzitatorsichen Inputs zu CA1 Pyramidenneuronen. HCN2 Null Mutanten (HCN2-/-) zeigten ein selektive Erhöhung der LTP im direkten Input vom entorhinalen Cortex (direct perforant path: DPP), während LTP in Synapsen der Schaffer Kollateralen normal war. Um zu klären, ob die veränderte LTP auf einer Funktion des HCN2 Kanals in den Pyramidenneuronen beruht, generierten wir eine Mauslinie (HCN2-NexCre) mit einer selektiven Inaktivierung des für den HCN2 Kanal kodierenden Gens in prinzipalen glutamatergen Neuronen des Vorderhirns, inklusive der Pyramidenzellen im Hippocampus. Diese Mutanten zeigten im Unterschied zu für HCN1 Kanäle publizierten Daten normales LTP in den Inputs des DPP zu CA1 Pyramidenzellen. Dieser Befund sprach gegen eine essentielle Funktion von HCN2 Kanälen für die dendritische Integration in diesem Zelltyp. Ih Ströme werden auch in lokalen GABAergen Interneuronen exprimiert, welche nicht von dem konditionellen Knockout in HCN2-NexCre Mauslinie betroffen sind. Folgende Befunde unterstützen Hypothese, dass der in HCN2-/- Mäusen beobachtete Phenotyp auf einer Funktion des Kanals in lokalen GABAergen Interneuronen beruht. The GABAA Rezeptor- Antagonist Picrotoxin erhöht LTP in Inputs des DPP vom Wildtyp, jedoch nicht in HCN2-/- Mäusen. HCN2-/- Mäuse zeigen auch nicht den im Wildtyp beobachteten Picrotoxin-induzierten Anstieg der Stärke der basalen synaptic Transmission. CA1 Pyramidenneuronen in HCN2-/-Mäusen zeigten auch eine verminderte Frequenz spontaner inhibitorischer postsynaptischer Ströme im Vergleich zum Wildtyp. Diese Differenz wurde durch Gabe des selektiven Ih Blockers Zatebradine aufgehoben. Weitere elektrophysiologische und immunhistochemische Befunde demonstrieren die Expression des HCN2 Kanals in oriens-lacunosum moleculare (O-LM) Interneuronen, welche über einen Feedback die distalen Dendriten der CA1 Pyramidenzellen inhibieren. Letztlich konnte gezeigt warden, dass die Spontanaktivität von O-LM Interneuronen durch Zatebradine im Wildtyp reduziert wird, während diese Wirkung von Zatebradine in HCN2-/-Mäusen fehlt.
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