Maturation of GABAergic signaling during brainstem development

Abstract

Im adulten Zentralnervensystem wirkt γ-Aminobuttersäure (GABA) als hemmender Neurotransmitter über ligandgesteuerte GABAA-Rezeptorkanäle und G-proteingekoppelte GABAB-Rezeptoren. Neue Studien haben aber gezeigt, dass während der Entwicklung GABA im frühpostnatalen ZNS auch exitatorisch wirken kann. In dieser Studie untersuchten wir Faktoren, die die entwicklungsbedingten Veränderungen des ionotropen GABAA- und des metabotropen GABAB-Rezeptor- Signalwegs im Hirnstamm der Maus beeinflussen. Wir untersuchten die Signalveränderung der GABAB Rezeptors im sich entwickelnden Hirnstamm der Maus in Abhängigkeit von verschiedenen Untereinheiten des GABAB Rezeptors, von Bindungseigenschaften des GABAB Rezeptors zu unterschiedlichen G-Proteinen und der Variabilität der G-Protein Expression. Wir konnten zeigen, dass die entwicklungsbedingten Veränderungen zwischen dem neonatalen und dem adulten Hirnstamm des GABAB Signalwegs nicht mit Expressionsunterschieden der G-Protein Kopplungsstellen des GABAB R2 Untereinheit assoziiert ist. Die Untersuchung des GABAB Signalwegs im Hirnstamm von neugeborenen und adulten Mäusen ergaben, dass GABAB Rezeptoren in beiden Entwicklungsstufen an Gαi/o Proteine koppeln. Des Weiteren konnten wir demonstrieren, dass GABAB Rezeptoren auch mit Gαs Proteinen interagieren und dass diese Kopplung mit fortschreitender Entwicklung nicht mehr zu beobachten war. Die qualitative und quantitative Analyse der Gα Protein Untereinheiten im Hirnstamm der Maus ergab verschiedene Expressionsmuster für die für uns relevanten Gα Protein Untereinheiten. Die Expressionslevel der Gαi/o sind in beiden Entwicklungsstadien (neugeboren und adult) gleich, die Gαs Isoformen jedoch, zeigen ein altersabhängige Veränderung in ihrer Expression. Die Komplexität und Variabilität der Gαs Isoformen sowie ihre Fähigkeit sich gegenseitig zu beeinflussen machen es schwer den Einfluss des GABAB Rezeptor Signalwegs vorhersagen. Zusätzlich untersuchten wir GABAA Rezeptoren im Hirnstamm von MeCP2 Knock-out-Mäusen, ein Modell System, das uns erlaubte, das Rett-Syndrom zu untersuchen. Die Analyse der GABAA alpha Untereinheiten im Hirnstamm zeigte eine Erhöhung in der Expression der GABAA alpha2 Untereinheiten bei den MeCP2 Knock-out-Mäusen verglichen zu den gesunden Mäusen und eine Verringerung in der Expression der GABAA alpha1. Die zwei Untereinheiten (GABAA alpha1 und alpha2) spielen eine wichtige Rolle in der Regulierung der GABAA Rezeptoren, da die GABAA alpha1 Untereinheit, die hauptsächlich im adulten Gehirn exprimiert wird, sich mit Synaptische Hemmung assoziieren lässt, während die GABAA alpha2 Untereinheit, die hauptsächlich in neonatalen Gehirne exprimiert wird, sich mit synaptische Erregung assoziieren lässt.