Expression, subzelluläre Verteilung und Ko-Lokalisation von Kalzium-Kanälen, AMPA bzw. NMDA-Glutamatrezeptoren sowie Transporterproteinen an zentralen Synapsen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Synapsen sind die Schlüsselelemente der Kommunikation zwischen Neuronen, die untereinander komplexe Mikroverschaltungen in Form neuronaler Netzwerke bilden. Im Neocortex von Säugern führen diese einzelnen Verbindungen zur Entstehung hochkomplexer Netzwerke in Form funktioneller, vertikal orientierter Kolumnen, die ein wesentliches Grundprinzip cortikaler Verschaltung darstellen. Die synaptische Organisation einzelner Verbindungen einer solchen Kolumne ist jedoch bis heute nur unzureichend verstanden. Die Körnerzellen der Fascia dentata und somit auch der Moosfaserbouton sind die erste Station der Signalverarbeitung entorhinaler Afferenzen im Hippocampus und repäsentieren daher ein wichtiges Binde- und Stellglied in der Kontrolle des hippocampalen Netzwerks. Wir haben daher die Mossfaserbouton-CA3 Pyramidenzell Synapse im Hippocampus und Eingangssynapsen an Schicht 5 Pyramidenneuronen des Neocortex auf der ultrastrukturellen und Rezeptorebene untersucht und miteinander verglichen. Obwohl Synapsen aus den gleichen strukturellen Subelementen aufgebaut sind entscheidet deren Komposition, besonders die Größe, Anzahl und Verteilung der Transmitterfreisetzungsstellen und die Größe und Organisation der drei Pools synaptischer Vesikel über die Stärke, Effizienz und Plastizität individueller Synapsen, die in unterschiedliche neuronale Netzwerke eingebunden sind. Jede der von uns bisher untersuchten Synapsen ist strukturell perfekt auf ihre Umgebung und ihre jeweilige Aufgabe im Netzwerk angepasst. Des Weiteren konnten wir zeigen, dass Astrozyten und ihre feinen Fortläufer den synaptischen Komplex nahezu vollständig einschließen, allerdings konnte nur an cortikalen Eingangssynapsen ein Vordringen der feinen Fortsätze bis zum synaptischenSpalt beobachtet werden, welches einen unterschiedlichen Einfluss auf die Übertragungseigenschaften an beiden Synapsen vermuten lässt. AMPA- und NMDA Rezeptoren sowie deren Untereinheiten sind an Schicht 5 Eingangsynapsen an Schaft und Spine PSDs und in geringerem Maße auch präsynaptisch expremiert. Ihre Dichte und Verteilung, besonders die des NMDA-Rezeptors und seiner Untereinheiten variiert jedoch sehr stark, vor allem die modulatorischen NR2A, NR2B Untereinheiten sind im Vergleich zur NR1 Untereinheit weniger stark und/oder gar nicht expremiert. Die Unterschiede in der Dichte und Verteilung dieser Untereinheiten erklärt z. T. die deutlichen Unterschiede in der Stärke, Effizienz und Kurzzeitplastizität zwischen einzelnen intralamnären und translaminären synaptischen Verbindungen. Wir glauben mit unseren Untersuchungen einen wichtigen Beitrag zu funktionellen und strukturellen Aspekten der Signalverarbeitung und Plastizität an unterschiedlichen Synapsen des ZNS zu leisten, die letztlich zu einem besseren Verständnis der strukturellen Organisation des Gehirns führen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2006) The morphology of excitatory central synapses: from structure to function. Invited review to the special issue on Synapses in Cell Tissue Res 326: 221-237
Rollenhagen A, Lübke J
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(2007) Structural determinants of transmission and plasticity at hippocampal mossy fiber synapses. J Neurosci 27: 10343-10444
Rollenhagen A, Sätzler K, Rodríguez EP, Jonas P, Frotscher M, Lübke J
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(2007) Structural determinants of transmission and plasticity of input synapses on layer 5 pyramidal neurons. Soc eurosci Abstr online 656.3.
Rollenhagen A, Roth A, Sätzler K, Lübke J
