Charakterisierung von Astrozyten im respiratorischen Netzwerk

Abstract

Im respiratorischen Netzwerk in der kaudalen Medulla oblongata generiert eine Gruppe von Neuronen eine rhythmische Aktivität, die die Atembewegungen steuert. Die synaptische Transmission sowie das neuronale Zusammenspiel in diesem Netzwerk ist mittlerweile gut erforscht, die Rolle der Gliazellen in diesem Netzwerk ist jedoch weitestgehend unklar. In der ventralen respiratorischen Gruppe und im Kerngebiet des N. hypoglossus in frisch isolierten Hirnstammschnitten aus TgN(hGFAP-EGFP)-Mäusen wurden fluoreszierende Astrozyten mit der Whole-Cell-Voltage-Clamp-Technik analysiert. Anhand unterschiedlicher Membranströme konnten drei Subpopulationen unterschieden werden. Eine Gruppe zeigte symmetrische, nicht gleichrichtende Membranströme und einen deutlichen Einwärtsstrom nach Applikation des Glutamat-Transporter-Agonisten D-Aspartat. Eine zweite Gruppe ähnelte diesen Zellen, wies jedoch einen zusätzlichen auswärts gerichteten spannungsgesteuerten A-Typ-K+-Strom auf. Eine dritte Gruppe, immunhistochemisch markierbar mit Antikörpern gegen den glialen Vorläuferzell-Marker NG2, wurde durch auswärts gleichrichtende K+-Ströme, deutlich geringere Einwärtsströme und geringe D-Aspartat-induzierte Transporter-Ströme charakterisiert. Astrozyten aller drei Gruppen zeigten durch Kainat induzierte ionotrope Glutamat-Rezeptorströme. Astrozyten der ersten und zweiten Gruppe zeigten sich als reife Astrozyten, die im respiratorischen Netzwerk ein über Gap-junctions gekoppeltes Synzytium bilden. Dies ist in der Lage, die extrazelluläre K+- und Glutamatkonzentration zu regulieren und damit die neuronale Netzwerkaktivität zu stabilisieren. Die dritte Gruppe von Astrozyten zeigt dagegen charakteristische Merkmale für frühe Differenzierungsstufen von glialen und neuronalen Zellen. Diese Zellen konnten allerdings in verschiedenen Hirnregionen und auch in adulten Tieren beobachtet werden. Aufgrund ihres Kontaktes zu Astrozyten, Neuronen, Blutgefäßen sowie der Ausbildung von glutamatergen synapsenähnlichen Strukturen könnten diese Zellen in der Lage sein, neuronale Aktivität zu messen und einen Anteil an der prä- und postnatalen Plastizität des respiratorischen Netzwerks zu haben.