Role of the Perisynaptic Extracellular Matrix in Synaptic Plasticity
Final Report Abstract
Chemische Synapsen des Gehirns werden von einer extrazellulären Matrix (ECM) umwoben, deren Komponenten teils von Astrocyten und teils von Neuronen gebildet werden. Im Rahmen des Projekts haben wir die Funktion dieser perisynaptischen ECM untersucht. Dazu wurde zunächst ein primäres Zellkultursystem aus dem Rattenhirn entwickelt, in welchem sich nach ca. 3 Wochen in Kultur eine solche ECM ausbildet. Unsere Studien ergaben, dass diese Matrix die Mobilität von neuronalen Zelloberfächenmolekülen beeinflusst. Dies konnte im Detail für Glutamaterezeptoren vom AMPA-Typ gezeigt werden, deren Zugang zur postsynaptischen Membran durch die ECM reguliert wird. Die Entfernung der ECM durch enzymatischen Verdau verändert auch die Kurzzeitplastizität der Synapsen - vermutlich dadurch dass ein rascherer Austausch von inaktivierten (desensitisierten) gegen naive aktivierbare Rezeptoren stattfinden kann. Weiterführende Untersuchungen an Primär- und hippocampalen Schnittkulturen, die auf Multielektroden-Arrays angezogen wurden, konnten nachweisen, dass durch Entfernen der ECM sich auch die Aktivität in neuronalen Netzwerken verändert. Die ECM des reifen Gehirns bildet sich erst nach Abschluss der so genannten kritischen Periode der Verschaltung aus. Der Einbau dieser Matrix geht mit physiologischen Veränderungen im Gehirn einher - nämlich dem Verlust der juvenilen und der Ausbildung der adulten Hirnplastizität. Wir vermuten, dass die beobachtete Einschränkung der Oberflächenmobilität von Rezeptoren und die Ausbildung von Kompartimenten auf der neuronalen Zelloberfläche zu dieser Umstellung beiträgt.
Publications
- The crosstalk of hyaluronan-based extracellular matrix and synapses.
Neuron Glia Biology, Vol. 4. 2008, Issue 3 (Special Issue), pp. 249-257.
Renato Frischknecht, Constanze I. Seidenbecher
(See online at https://dx.doi.org/10.1017/S1740925X09990226) - Brain extracellular matrix affects AMPA receptor lateral mobility and short-term synaptic plasticity. Nature Neuroscience, Vol. 12. 2009, Issue 7, pp. 897 - 904.
Renato Frischknecht, Martin Heine, David Perrais, Constanze I. Seidenbecher, Daniel Choquet, Eckart D. Gundelfinger
(See online at https://dx.doi.org/10.1038/nn.2338) - Converting juvenile into adult plasticity: a role for the brain’s
extracellular Matrix. European Journal of Neuroscience, Vol. 31. 2010, pp. 2156–2165.
Eckart D. Gundelfinger, Renato Frischknecht, Daniel Choquet, Martin Heine
(See online at https://dx.doi.org/10.1111/j.1460-9568.2010.07253.x)
