Elektrophysiologische Untersuchung der synaptischen Übertragung und Kurzzeitplastizität an der neuromuskulären Synapse von Drosophila melanogaster
Electrophysiological analysis of synaptic transmission and short-term synaptic plasticity of the neuromuscular junction of Drosophila melanogaster
by Andreas Maximilian Janpeter Frölich
Date of Examination:2011-05-02
Date of issue:2011-04-07
Advisor:Prof. Dr. Stephan Sigrist
Referee:Prof. Dr. Stephan Sigrist
Referee:Prof. Dr. Swen Hülsmann
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-979
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Description:Dissertation
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Abstract
English
The larval neuromuscular junction of Drosophila melanogaster is a well- established model system to study synaptic functions. In the present study, the role of Glutamate receptor subunits GluRIIB, GluRIIE and GluRIIF, the dystrophin-associated glycoprotein dystroglycan (DG) and the cyclin-dependent kinase 5 (CDK5) were examined using electrophysiological techniques.For larvae that express GluRIIB but not GluRIIA, the temporal decrease of the evoked excitatory junctional currents (eEJCs) was more rapid (decreas decay-τ) and eEJC amplitudes were decreased in comparison to wild-type larvae. These results contribute to the hypothesis that the kinetics and function of glutamate receptor complexes in vivo depend on the ratio of expressed GluRIIA and GluRIIB. In addition, it was shown that fluorescent labeling of the IIB construct did not significantly change synaptic transmission and that the labeled construct was suitable for further experiments (Schmid et al. 2008). In RNAi constructs with reduced expression of GluRIIE, a markedly reduced synaptic transmission was observed. This finding is consistent with the observation that GluRIIE acts as an essential subunit. The unchanged decay-τ in these animals suggests that GluRIIE does not alter the IIA / IIB ratio. RNAi suppression of the recently discovered GluRIIF results in decreased EJCs, this indicates a functional importance of this subunit in vivo. There did not seem to be an associated change in the IIA / IIB ratio (unchanged decay-τ).With the help of the mutant dg1554, a contribution of dystroglycan on basal neurotransmission could be demonstrated. Interestingly, the present results also suggest a change in presynaptic function, which could mean that the loss of dystroglycan has a transsynaptic effect (Bogdanik et al. 2007). The investigation CDK5-deficient larvae did not show a significant effect of the loss of this protein on the basal synaptic transmission in drosophila (Kissler et al. 2009). This finding should help to narrow down possible pathogenetic mechanisms of CDK5.
Keywords: Drosophila melanogaster; electrophysiology; glutamate receptor
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Die larvale neuromuskuläre Synapse von Drosophila melanogaster stellt ein gut zugängliches Modellsystem zur Untersuchung synaptischer Funktionen dar. In dieser Arbeit wurde mit Hilfe der Elektrophysiologie die Bedeutung der Glutamatrezeptoruntereinheiten GluRIIB, GluRIIE und GluRIIF, des Dystrophin- Assoziierten Glykoproteins Dystroglycan (DG) sowie der Cyclin-abhängigen Kinase 5 (CDK5) untersucht. Für Larven, die GluRIIB exprimieren, jedoch nicht GluRIIA, konnte ein im Vergleich zu Wildtyp-Larven schnellerer Abfall (verminderter decay-τ) und verminderte Amplitude evozierter postsynaptischer Ströme (eEJCs) nachgewiesen werden. Diese Ergebnisse tragen zu der Hypothese bei, dass die Kinetik und Funktion der Glutamatrezeptorkomplexe in vivo von dem Verhältnis des exprimierten GluRIIA zu GluRIIB abhängt. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass eine Fluoreszenzmarkierung des IIB-Konstruktes keine Veränderung der synaptischen Übertragung zeigte und das markierte Konstrukt sich für weitere Experimente eignet (Schmid et al. 2008). In RNAi-Konstrukten mit reduzierter Expression von GluRIIE konnte eine stark verminderte synaptische Übertragung gezeigt werden, die in Einklang mit der Beobachtung steht, dass es sich bei GluRIIE um eine essentielle Untereinheit handelt. Der bei diesen Tieren unveränderte decay-τ spricht dafür, dass GluRIIE das IIA/IIB-Verhältnis nicht verändert. RNAi-Unterdrückung des kürzlich neu entdeckten GluRIIF führt zu kleineren eEJCs, dies spricht für eine funktionelle Bedeutung dieser Untereinheit in vivo. Auch hier fand sich kein Einfluss auf das IIA/IIB-Verhältnis (unveränderter decay-τ). Mit Hilfe der Mutante dg1554 konnte ein Beitrag des Dystroglycan auf die basale Neurotransmission nachgewiesen werden. Interessanterweise war hierbei auch die präsynaptische Seite betroffen, d.h. der Verlust von Dystroglycan wird wahrscheinlich transsynaptisch wahrgenommen (Bogdanik et al. 2007). Die Untersuchung CDK5-defizienter Larven ließ keinen direkten Einfluss dieses Proteins auf die basale synaptische Übertragung bei Drosophila erkennen (Kissler et al. 2009). Dieser Befund sollte eine Eingrenzung des Pathogenitätsmechanismus der CDK5 erlauben.
Schlagwörter: Drosophila melanogaster; Elektrophysiologie; Glutamatrezeptor