Charakterisierung von Calcium-Transienten in Astrozyten der ventralen respiratorischen Gruppe
Characterization of calcium-transients in astrocytes of the ventral respiratory group
Kai Härtel
Doctoral thesis
Date of Examination:
2007-10-31
Date of issue:
2007-11-27
Advisor:
Hülsmann, Swen PD Dr.
Referee:
Hustert, Reinhold Prof. Dr.
Referee:
Heinrich, Ralf Prof. Dr.
Persistent Address: http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-ACE8-C
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Name:
haertel.pdf
Size:
18,4 MB
Format:
PDF
Description:
Dissertation
Abstract
English
Astrocytes are described as one of the major cell population in the brain of mammals and show a special form of excitability, which is based on changes of intracellular Ca2+-concentrations. Astrocytes actively participate in the integration and modulation of synaptic processes in the brain. The aim of this study was to characterize Ca2+-signals in astrocytes of the respiratory center and to elucidate their function within this neuronal network.In the present study it could be shown, that the inward rectifying potassium channel Kir4.1 is the molecular substrate for an astrocyte specific Ca2+-signal, which is induced by lowering the extracellular potassium. Using different transgenic mouse lines with different fluorescently labelled cell populations, this Ca2+-signal could be observed in situ only in astrocytes, but not in neurons and oligodendrocytes.Furthermore the functional expression of metobotropic receptors in astrocytes of the respiratory center could be detected. For the first time this provides evidence, that neuromodulators of the respiratory system such as serotonin, thyreotropin releasing hormone and substance P can directly affect astrocytes. Via intracellular Ca2+-elevations mediated by 5-HT2a-, NK1- and TRH-receptors, astrocytes could possibly react to neuromodulator release from neurons modulating the respiratory network. Such calcium rise might then indirectly influence neighbouring respiratory neurons.
Keywords: astrocytes; Kir4.1; neuromodulators; respiratory network; calcium imaging
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Astrozyten stellen eine der größten Zellpopulation im Gehirn von Säugetieren dar und besitzen eine Form der Erregbarkeit basierend auf intrazellulären Ca2+ Konzentrationsänderungen. Astrozyten sind aktiv an der Integration und Modulation synaptischer Vorgänge im Gehirn beteiligt. Ziel dieser Arbeit war es Ca2+-Signale in Astrozyten im Atemzentrum zu definieren und deren Bedeutung für das neuronale Netzwerk weiter aufzuklären.Es konnte gezeigt werden, dass der einwärts gleichrichtende Kaliumkanal Kir4.1 das essenzielle molekulare Substrat für ein astrozytenspezifisches Calciumsignal darstellt, welches durch Absenken des extrazellulären Kaliums induziert wird. Mit Hilfe transgener Mäuse mit fluoreszenzmarkierten Zellpopulationen konnte das Signal in situ in Astrozyten, nicht aber in Neuronen und Oligodendrozyten, nachgewiesen werden.Des weiteren konnte in dieser Arbeit die funktionelle Expression von metabotropen Rezeptoren in Astrozyten des Atemzentrums nachgewiesen werden. Damit gelang erstmalig der Nachweis, dass atmungsmodulierende Neurotransmitter wie Serotonin und andere neuroaktive Substanzen mit atmungsstimulatorischer Wirkung wie Thyreotropin Releasing Hormon und Substanz P auch direkt auf Astrozyten Effekte ausüben. Über die intrazelluläre Calcium-Freisetzung, die durch 5-HT2a-, Neurokinin-1- und TRH-Rezeptoren vermittelt wird, besteht somit die Möglichkeit, dass Astrozyten auf eine aktivitätsabhängige Ausschüttung dieser für das respiratorische System wichtigen Neuromodulatoren reagieren und so Einfluss auf die neuronale Aktivität des respiratorischen Netzwerkes nehmen können.
Schlagwörter: Astrozyten; Kir4.1; Neuromodulatoren; respiratorisches Netzwerk; Calcium Imaging
