Endozytose der inneren Haarzelle
Endocytosis of inner hair cells
by Christine Lenz
Date of Examination:2011-12-13
Date of issue:2011-11-15
Advisor:Dr. Tobias Moser
Referee:Dr. Tobias Moser
Referee:Prof. Dr. Peter Schu
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Format:PDF
Description:Dissertation
Abstract
English
Endocytosis is an essential cellular process performed by every single cell. However depending on the type of cell neuronal versus non-neuronal and the type of synapse there are various mechanisms of internalization. The involved molecules are quite diverse and their exact functions and interactions are not entirely enlightened. Ribbon-type synapses in inner hair cells (IHC) of the cochlea encode the complexity of auditory signals by fast and tonic release through fusion of neurotransmitter-containing vesicles. To guarantee sustained exocytosis endocytosis is indispensable. So far there aren t many studies focussing on endocytosis in IHC. It was the aim of this work to identify via immunohistochemistry some of the molecular players representing different ways of endocytosis. Furthermore, one of the important endocytic proteins dynamin 1A (DNM1A) was studied by functional and morphological analysis on DNM1A-mutants (fitful). Results: We could demonstrate the presence of clathrin and dynamin 1 in IHC but there was no evidence of caveolin in IHC. Based on these findings not only a clathrin-mediated endocytosis in IHC is likely but also clathrin-independent ways like fast endocytosis and bulk retrieval are possible. A caveolin-based internalization though does not seem to cope with the functions and needs of IHC. Overall there was no homogenous expression of only neuronal or non-neuronal isoforms of endocytic proteins which illustrates the special role of IHC as secondary sensory cell. The mouse mutation fitful resulted not only in a neurological phenotype with recurrent seizures but also in an impaired hearing measured by ABR ( ). However fitful homozygotes displayed not only an ABR threshold increase. We also found that the latencies of ABR peaks were progressively prolonged and when applying stronger stimulation the amplitude of the ABR peaks were reduced. The defect does not appear to be constrained to the first auditory synapse but continues along the neuronal network towards the auditory regions of the cerebral cortex. The aggravation of the deficiency with strong and sustained stimulation suggests a contribution of dynamin 1A to bulk retrieval which is characteristically activated by strong stimulation.In summary this work investigated endocytic proteins of IHC for the first time. Moreover, the spontaneous fitful mutation provided the until now unique opportunity to analyse functions of the isoform dynamin 1A. It seems to be important for hearing and participates not only in clathrin-mediated endocytosis but also in bulk retrieval. Additional studies are necessary to gain further insight into ways of endocytosis in IHC and to determine isoform-specific functions of dynamin 1.
Keywords: endocytosis; dynamin; inner hail cell; hearing; bulk; clathrin
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Endozytose stellt einen elementaren Prozess einer jeden funktionierenden Zelle dar. Jedoch ergeben sich in Abhängigkeit vom jeweiligen Zelltyp neuronal versus nicht-neuronal sowie der verschiedenen Synapsenformen Unterschiede bezüglich der heterogenen Internalisierungswege. Innerhalb dieser sind zudem unterschiedliche Proteine beteiligt, deren exakte Funktionen und Zusammenspiel nicht vollständig geklärt sind. Die innere Haarzelle (IHZ) des Innenohres bildet als sekundäre Sinneszelle so genannte Bänder-Synapsen aus. Neben der Exozytose ist hier zur Aufrechterhaltung der Stimulus¬fortleitung die Endozytose essentiell. Bisher jedoch existieren wenige Arbeiten, die den Fokus auf diesen Vorgang legen. Ziel dieser Arbeit war es daher, in Form einer Expressions¬analyse (Immunhistochemie) bestimmte Proteine als Vertreter der unterschiedlichen Wege in der IHZ der Maus darzustellen. Des Weiteren wurde das Augenmerk auf ein bestimmtes endozytotisches Protein Dynamin 1A (DNM 1A) gelegt und sowohl morphologische als auch funk¬tionelle Analysen an einer Mausmutante für DNM 1A (fitful) vorgenommen. Immunhistochemisch gelang die Darstellung von Clathrin und Dynamin 1, Caveolin dagegen konnte nicht nachgewiesen werden. Auf dieser Grundlage kann sowohl der klassische Clathrin-vermittelte Weg als auch das Vorliegen alternativer Endozytoseformen wie eine schnelle Endozytose und bulk retrieval in IHZ vermutet werden. Der Caveolin-vermittelte Weg jedoch scheint der Funktion der IHZ nicht gerecht zu werden. Insgesamt zeigte sich eine uneinheitliche Expression neuronaler und nicht-neuronaler Proteine, welche die Sonderstellung der IHZ als sekundäre Sinneszelle demonstriert. Die DNM1A-Mausmutante fitful präsentierte neben einem eindrücklichen neurolo¬gischen Phänotyp mit epileptischen Anfällen ein signifikant gemindertes Hörvermögen in der BERA (brainstem electric response audiometry). Es zeigte sich nicht nur eine herabgesetzte Hör¬schwelle, sondern ebenfalls eine Verlängerung der Latenzen und bei hoher Reizrate eine Reduktion der Amplituden der FAEP (frühe auditorisch evozierte Potentiale). Dabei scheint sich der Defekt nicht auf die erste auditorische Synapse zu beschränken, sondern sich entlang der weiteren Verschaltung fortzusetzen. Die Aggravation des Defizits bei stärkerer und anhaltender Stimulation im Bereich der Amplituden weist auf eine Beteiligung von Dynamin 1A nicht nur an dem klassischen Clathrin-vermittelten Weg, sondern auch an dem endozytotischen Weg bulk retrieval hin, der charakteristischer Weise bei starken Stimuli beobachtet wird.Zusammenfassend wurde erstmals die molekulare Ausstattung endozytotischer Proteine der IHZ untersucht. Außerdem bot die fitful-Mutation die bisher einmalige Gelegenheit, Funktionen der Isoform Dynamin 1A zu analysieren. Sie übernimmt entscheidende Aufgaben im Hörvorgang und scheint im Speziellen nicht nur an der klassischen Clathrin-vermittelten Endozytose, sondern auch am bulk retrieval mitzuwirken. Weitere Studien sind in Zukunft notwendig, um genauere Einsicht in endozytotische Wege der IHZ zu gewinnen sowie differenzierte Aussagen bezüglich Isoform-spezifischer Funktionen von Dynamin 1 treffen zu können.
Schlagwörter: Endozytose; Dynamin; Innere Haarzelle; Hörvorgang; bulk; Clathrin