The modulation of synaptic transmission at the Calyx of Held synapse

Yao, Lijun

dc.contributor.advisor	Sakaba, Takeshi Dr.	de
dc.contributor.author	Yao, Lijun	de
dc.date.accessioned	2011-07-05T06:54:53Z	de
dc.date.accessioned	2013-01-18T14:29:19Z	de
dc.date.available	2013-01-30T23:50:20Z	de
dc.date.issued	2011-07-05	de
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B5C9-9	de
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.53846/goediss-3313
dc.description.abstract	Kurzzeitplastizität ist eine Eigenschaft aller Synapsen, dennoch sind ihre ursächlichen Mechanismen ungeklärt. In dieser Studie wurde die Rolle des Second messengers cAMP an der glutamatergen Riesensynapse, Held sche Calyx, im auditorischen Hirnstamm untersucht. Durch die Kombination elektrophysiologischer Ableitungen von der Prä- und Postsynapse mit intrazellulären Ca2+ Messungen und Ca2+ uncaging, wurde gefunden, dass eine erhöhte cAMP Konzentration, insbesondere im Bereich niedriger Ca2+ Konzentrationen, die Sensitivität der Neurotransmitter Freisetzung für Ca2+ erhöht. Die Erhöhung der Sensitivität wurde nur bei den schnell freisetzenden , und nicht bei den langsam freisetzenden , synaptischen Vesikeln beobachtet. Ein Fit der Daten mit einem vereinfachten allosterischen Modell zeigt, dass die cAMP die Fusionskompetenz der Vesikel erhöht, wodurch die Transmitterfreisetzung erleichtert wird. Wir vermuten, dass synaptische Vesikel in der Nähe eines Ca2+-Kanal-Clusters verankert sein müssen, damit cAMP ihre Ca2+ Sensitivität erhöhen kann. Zusätzlich zur Exozytose habe ich mit Hilfe zeitauflösender Membrankapazitätsmessungen untersucht, ob cAMP einen Effekt auf die Endozytose hat. Es konnte gezeigt werden, dass cAMP/PKA auch bei der Endozytose eine Rolle spielen, da sowohl eine Erniedrigung der cAMP Konzentration als auch eine Inhibition der PKA Aktivität die Endozytose bei starker Stimulation verlangsamten. Calmodulin Blocker verlangsamten die Rate der langsamen Endozytose nach starker, aber nicht nach schwacher präsynaptischer Stimulation. Das Ergenis war ein langsamerer Zeitablauf der Endozytose, je mehr Endozytose statt fand. Es wird angenommen, dass Calmodulin die Endozytose aktivitätsabhängig erleichtert, aber nicht initiiert. Abschließend vermuten wir, dass cAMP/PKA durch Calmodulin reguliert werden. Zusammenfassend ist cAMP im gesamten synaptischen Vesikel Zyklus von Bedeutung und moduliert Exozytose, Endozytose und die Rekrutierung synaptischer Vesikel in unterschiedlicher Weise: Bei der Membranfusion synaptischer Vesikel beeinflusst cAMP/Epac die Ca2+ Sensitivität für die schnelle Neurotransmitterfreisetzung. Bei der Endozytose spielt Ca2+/calmodulin-cAMP/PKA eine Rolle beim Recycling synaptischer Vesikel. Bei der Rekrutierung synaptischer Vesikel an die aktiven Zonen sind Ca2+/calmodulin und cAMP/Epac ebenfalls nötig, haben aber von einander unabhängige Effekte.	de
dc.format.mimetype	application/pdf	de
dc.language.iso	eng	de
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/	de
dc.title	The modulation of synaptic transmission at the Calyx of Held synapse	de
dc.type	doctoralThesis	de
dc.title.translated	Die Modulation der Synaptischen Transmission an der Held'schen Calyx	de
dc.contributor.referee	Sakaba, Takeshi Dr.	de
dc.date.examination	2010-09-28	de
dc.subject.dnb	570 Biowissenschaften	de
dc.subject.dnb	Biologie	de
dc.description.abstracteng	Short-term plasticity is a fundamental property of all synapses but its underlying mechanisms remain to be elucidated. In this study, the functional role of the well-known second messenger, cAMP, was studied at the calyx of Held synapse, a giant glutamatergic synapse in the auditory brainstem. By combining electrophysiological recordings of the pre- and postsynaptic compartments with Ca2+ imaging and Ca2+ uncaging, it was found that elevation of cAMP concentration increased intracellular Ca2+ sensitivity for transmitter release, especially at lower Ca2+ concentrations. The change in Ca2+ sensitivity was limited to the fast-releasing synaptic vesicles, but not the slowly-releasing vesicles. Fitting of the data using a simplified allosteric model indicated that cAMP increased the fusion willingness , thereby facilitating transmitter release. It was suggested that synaptic vesicles have to be positionally primed to the release sites close to the Ca2+ channel cluster for cAMP to modulate intracellular Ca2+ sensitivity. In addition to exocytosis, I have used time-resolved capacitance measurement to examine whether cAMP modulates endocytosis. It was found that lowering the concentration of cAMP in the terminal as well as inhibition of PKA activity slowed down the rate of endocytosis during strong stimulation, indicating the involvement of cAMP/PKA in endocytosis. Calmodulin blockers slowed the rate of slow form of endocytosis following strong, but not weak presynaptic stimulation. As a result, the time course of endocytosis got progressively slower as the amounts of endocytosis increased. This suggested that calmodulin facilitated but not initiated endocytosis in an activity-dependent manner at the calyx of Held synapse. Finally, we suggested that cAMP/PKA might be the downstream target of calmodulin. In conclusion, cAMP is involved in the whole process of synaptic vesicle recycling. It modulates exocytosis, endocytosis and synaptic vesicle recruitment differently: For synaptic vesicle fusion, cAMP/Epac modulates the intracellular Ca2+ sensitivity for fast transmitter release. For endocytosis, Ca2+/calmodulin-cAMP/PKA is involved in synaptic vesicle retrieval. For vesicle recruitment, Ca2+/calmodulin and cAMP/Epac are also known to be important, but they work independently.	de
dc.contributor.coReferee	Moser, Tobias Dr.	de
dc.contributor.thirdReferee	Stumpner, Andreas Prof. Dr.	de
dc.subject.topic	Göttingen Graduate School for Neurosciences and Molecular Biosciences (GGNB)	de
dc.subject.ger	Synaptischen Transmission	de
dc.subject.ger	Modulation	de
dc.subject.ger	cAMP	de
dc.subject.ger	Exozytose	de
dc.subject.ger	Endozytose	de
dc.subject.ger	die Rekrutierung synaptischer Vesikel	de
dc.subject.eng	Synaptic transmission	de
dc.subject.eng	Modulation	de
dc.subject.eng	cAMP	de
dc.subject.eng	Exocytosis: Endocytosis	de
dc.subject.eng	synaptic vesicle recruitment	de
dc.subject.bk	42.12	de
dc.subject.bk	42.63	de
dc.identifier.urn	urn:nbn:de:gbv:7-webdoc-3050-7	de
dc.identifier.purl	webdoc-3050	de
dc.affiliation.institute	Göttinger Graduiertenschule für Neurowissenschaften und molekulare Biowissenschaften (GGNB)	de
dc.subject.gokfull	WCK 000: Bioelektrizität und Biomagnetismus {Biophysik}	de
dc.identifier.ppn	67970101X	de

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GGNB - Göttinger Graduiertenzentrum für Neurowissenschaften, Biophysik und molekulare Biowissenschaften [1115]
GGNB - Göttingen Graduate Center for Neurosciences, Biophysics and Molecular Biosciences

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