Epac-mediated modulation of neurotransmitter release from cultured hippocampal neurons

Abstract

cAMP beeinflusst sekretorische Prozesse sowohl durch Protein Kinase A (PKA)-abhängige als auch durch PKA-unabhängige Signaltransduktionsprozesse. Dennoch ist der jeweilige Anteil an einer cAMP-vermittelten Regulation der Neurotransmission nur unzureichend bekannt. In verschiedenen Preparationen von Nervenzellen konnte gezeigt werden, dass eine cAMP-bedingte Steigerung der Neurotransmitterfreisetzung sowohl auf eine Erhöhung der vesikulären Freisetzungswahrscheinlichkeit als auch auf eine Zunahme der Zahl freisetzbarer Vesikel zurückgeführt werden kann. In der vorliegenden Dissertation wurde die Beteilung des neuen cAMP Rezeptors Epac an der cAMP-vermittelten Regulation der Neurotransmission untersucht. Mit Hilfe des Patch-Clamp Verfahrens wurde die Neurotransmitterfreisetzung bei hoch oder niedrigfrequenter Stimulation kultivierter exzitatorischer autaptischer Nervenzellen bestimmt; und zwar in An- oder Abwesenheit Epac-selektiver cylischer AMP Analoga (ESCAs). Bei niedrigfrequenter Stimulation (0.2 Hz) von autaptischen Neuronen des Dentatus Gyrus führte eine ESCA-induzierte Epac Aktivierung sowohl zur Erhöhung Aktionspotential evozierter exzitatorischer postsynaptischer Stromamplituden als auch zur Zunahme der Anzahl spontaner Vesikelfusionen mit der presynaptischen Plasmamembran. Das Ausmaß der beobachteten Potenzierungen war abhängig von der in den ersten zwei Minuten gemessenene mittleren Stromamplitude der Nervenzelle, aber auch vom Alter der Zellkultur und der presynaptischen Kalziumionenkonzentration. Die ESCA1 (8-pCPT-2 -O-Me-cAMP)-induzierte Epac Aktivierung konnte eine Forskolin vermittelte Erhöhung von Aktionspotential evozierten exzitatorischen postsynaptischen Stromamplituden im Durchschnitt zu 38 % und die Forskolin-vermittelten Zunahme der Anzahl spontaner Vesikelfusionen zu 100 % erklären. Allgemein wird angenommen, dass Forskolin die Aktivität von Adenylatcyclasen erhöht und damit die intrazelluläre cAMP Konzentration. Die Stromamplitude spontaner Vesikelfusionen wurde durch eine kurzzeitige Applikation von ESCA1 (1.2 Minuten) nicht verändert. Gleiches traf auf die Anzahl schnell freisetzbarer Vesikel zu. Kurzzeitige ESCA1 Applikation führte daher zu einer Erhöhung der vesikulären Freisetzungswahrscheinlichkeit. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die an der Neurotransmission beteiligten ESCA1- und Phorbolester-induzierten Signaltransduktionswege miteinander gekoppelt sind. Diese Kopplung war von der Protein Kinase C Aktivität abhängig.