Expression der CRFR-Gene in Antwort auf Stress und Lernen

Abstract

Lernen ist ein Prozess durch den ein Organismus sein Verhalten in Antwort auf spezifische Umweltreize ändert und anpassen kann. Eine wichtige Form des Lernen ist assoziatives Lernen, dass hauptsächlich durch Furchtkonditionierung von Mäusen untersucht wird. Unser Labor konnte kürzlich zeigen, dass akuter Stress die Furchtkonditionierung von Mäusen deutlich verbessert, was maßgeblich durch den corticotropin releasing Faktor (CRF) innerhalb des septo-hippokampalen System reguliert wurde. CRF vermittelt seine biologische Aktivität durch Bindung an zwei G-Protein gekoppelte Membranrezeptoren, CRF Rezeptor (CRFR) 1 und CRFR2. Über die an CRFR gekoppelten intrazellulären Signalwege war bisher nur wenig bekannt. Diese Arbeit zeigt, dass der hippokampale MAPK (Mitogen aktivierte Proteinkinase) Signalweg (Erk-1/2, Elk-1, pp90Rsk-1) durch assoziatives Lernen aktiviert wird. In der hippokampalen CA3 Region und im Gyrus dentatus wird eine Aufregulation des pErk-1/2 und pElk-1 Gehalt 30 min nach Furchtkonditionierung aber nicht in entsprechenden Kontrollgruppen beobachtet. pErk-1/2 und pElk-1 sind in den hippokampalen Moosfaser assoziiert und in vitro phosphoryliert pErk-1/2 Elk-1. Umgekehrt erhöht Elk-1 den Gehalt von pErk-1/2 und dessen Substrat p90Rsk-1. In vivo induziert Furchtkonidtionierung in der hippokampalen CA3 Region eine verstärkte Phosphoryierung von p90Rsk-1 und dessen Transport in der Zellkern. Unter Verwendung von Mäusen mit nicht-funktionellem CRFR2 Gen und durch pharmakologische Inhibierung von CRFR2 Aktivität konnte gezeigt werden, dass septaler CRFR2 die Furchtkonditionierung tonisch inhibiert. Dieser Effekt wird dadurch erklärt, dass Aktivierung von septalem CRFR2 inhibierend auf die Phosphorylierung von hippokampalem Erk-1/2, Elk-1 und p90Rsk-1 einwirkt. Mittels semiquantitativer PCR und in situ Hybridisierung wurde eine kurzzeitige Aufregulation hippokampaler CRFR1 und CRFR2 mRNA in Abhängigkeit von Stress beobachtet. Die CRF vermittelte Modulation kognitiver Eigenschaften durch den Hippkampus wurde bisher ausschließlich mit der Aktivierung von CRFR1 in Verbindung gebracht. In dieser Arbeit zeigen wir allerdings, dass hippokampaler CRFR2 die stress-vermittelte Verbesserung von assoziativem Lernen vermittelt. Hippokampaler CRFR2 aktiviert dabei spezifisch Mitogen-aktivierte Kinase Kinase-1/2 (Mek-1/2), was zu einer verstärkten Phosphorylierung von Erk-1/2 und p90Rsk-1 führt. Interessanterweise ist weder CRFR2, noch Mek-1/2 ist an der Aktivierung des MAPK Signalweg und Furchtkonditionierung in Abwesenheit von Stress beteiligt. Statt dessen zeigt diese Arbeit, dass cAMP regulierte Proteinkinase (PKA) in Abwesenheit von Stress wichtig für die Aktivierung des MAPK Signalwegs und Furchtkonditionierung ist. Zusammenfassend ist zu sagen, dass durch die Kombination von verhaltens- und molekularbiologischen Experimenten gezeigt wird, dass der hippokampale MAPK Signalweg wichtig für die Ausbildung aversiver Erinnerungen ist wobei eine neue Interaktion von Erk-1/2 und Elk-1 beschrieben wird. Außerdem zeigt diese Arbeit eine neue physiologische Funktion des CRFR2, wobei hippokampaler CRFR2 spezifisch stress-verbessertes Lernen durch die Regulation des MAPK Signalwegs via Mek-1/2 vermittelt. Hippokampaler CRFR2 kann daher als ein selektiver Regulator von stress-modulierten aversiven Erinnerungen angesehen werden.