Untersuchung der synaptischen Neurotransmitterfreisetzung mit kombiniert elektrophysiologischen und bildgebenden Verfahren

Abstract

Neuronale Netzwerke im Gehirn bestehen aus exzitatorischen und inhibitorischen Nervenzellen. Die exzitatorischen und inhibitorischen Neuronen spielen offensichtlich unterschiedliche Rollen im funktionalen Netzwerk, denn die von exzitatorischen und inhibitorischen Synapsen freigesetzten Neurotransmitter haben unter nativen Bedingungen auf die empfangenen Neuronen einen entgegengesetzten Effekt. Es ist sehr naheliegend, daß Synapsen, die so unterschiedlich wirkende Neurotransmitter freisetzen, sich auch morphologisch und in der Funktionsweise des zugrundeliegenden Freisetzungsprozesses unterscheiden. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, experimentell zu überprüfen, ob exzitatorische und inhibitorische Synapsen tatsächlich unterschiedliche funktionale Eigenschaften haben. Dazu wurden Neuronen aus primärer autaptischer Zellkultur von Gewebe aus dem Hippocampus beziehungsweise Striatum der Maus gewonnen, mit der Patch- Clamp-Technik in Kombination mit bildgebenden Verfahren funktional untersucht und miteinander verglichen. Zum Einsatz kamen dabei Färbungen mit dem Styrylfarbstoff FM1-43 sowie immunozytochemische Färbeverfahren.An den so untersuchten inhibitorischen Neuronen ließen sich jeweils im Mittel etwa halb so viele Synapsen zählen wie die an exzitatorischen. Für den Anteil aktiver Synapsen wurde in beiden Gruppen indes ein ungefähr gleicher Wert bestimmt. Exzitatorische Synapsen setzten aber dreimal häufiger einzelne Vesikel spontan frei. An den inhibitorischen Synapsen wurde dagegen jeweils eine ungefähr dreimal größere vesikuläre und synaptische Freisetzungswahrscheinlichkeit gefunden als an den exzitatorischen. Offenbar sind inhibitorische Synapsen an die Erfordernisse ihrer allgemeinen Funktion im Gehirn als Regulationsglieder und Zeitgeber durch eine besonders hohe Effizienz und Zuverlässigkeit ihrer synaptischen Transmission angepaßt.Mit der gleichen kombinierten Untersuchungstechnik aus elektrophysiologischen und bildgebenden Verfahren wurden auch Neuronen untersucht, denen die genetische Information für die Expression der synaptischen Proteine Munc13-1, Munc13-2, Bassoon oder VGLUT1 fehlten. An solchen Zellen gelang es, die jeweiligen Phänotypen zu beschreiben und darauf basierend den Proteinen eine Funktion bei der synaptischen Freisetzung von Neurotransmittern zuzuordnen. Derartige Befunde sind potentiell wichtig, um künftig die elementaren Mechanismen der Signalverarbeitung durch Synapsen im Gehirn auf molekularer und zellulärer Ebene auch beim Menschen besser verstehen zu können.