Genetic Targeting and Analysis of Parvalbumin and VGLUT3 Expressing Inhibitory Interneurons
Analyse von Parvalbumin- und VGLUT3-exprimierenden Inhibitorischen Neuronen
by Christoph Bredack
Date of Examination:2011-05-02
Date of issue:2012-03-12
Advisor:Dr. Sonja Wojcik
Referee:Dr. Sonja Wojcik
Referee:Prof. Dr. Erwin Neher
Referee:Prof. Dr. Ahmed Mansouri
Files in this item
Name:bredack.pdf
Size:43.0Mb
Format:PDF
Description:Dissertation
Abstract
English
GABAergic interneurons are a highly diverse class of cell types that play essential roles in regulating the input/output behaviour of pyramidal neurons and of other interneurons. Thereby, these cells play a role in shaping neuronal network patterns and oscillations that are involved in higher brain functions like memory, attention and perception. Furthermore, GABAergic signalling is thought to play a crucial role in the development of single neurons and of neuronal networks.A genetic approach was used to analyse the contribution of subsets of GABAergic interneurons to inhibitory neurotransmission. Mice carrying a loxP-flanked allele of the vesicular inhibitory amino acid transporter (Viaat) were crossed to mice expressing Cre recombinase under the control of the Parvalbumin (PV) and vesicular glutamate transporter 3 (VGLUT3) promoters. Since Viaat is essential for neurotransmitter release in GABAergic neurons, this approach allows the selective silencing of GABAergic inhibitory neurons expressing PV and VGLUT3, respectively. The contribution of these neurons to network function and morphological consequences of the cell type specific deletion of Viaat were analysed.A loss of Viaat could be observed in several brain regions including the cerebellum and the reticular thalamic nucleus in mice expressing the PV-Cre transgene. However, the loss of Viaat from PV-expressing GABAergic neurons in these regions had no dramatic effect on the morphological development of the affected neurons. PV- and VGLUT3-expressing GABAergic basket cells provide perisomatic inhibition to pyramidal neurons in the hippocampus, which plays a crucial role in the control of the output behaviour of these neurons. Therefore, the contribution of these two classes of GABAergic basket cells to the generation of hippocampal gamma oscillations was investigated in-vitro. The deletion of Viaat in PV-expressing neurons led to a reduction of the power of Kainate induced gamma oscillations in-vitro. Furthermore, the frequency of the maximum peak in the gamma field potential was significantly increased in mutant animals compared to control. Similar changes could be observed in animals with a deletion of Viaat in VGLUT3 expressing neurons. The power of gamma oscillations was reduced, although the difference was statistically not significant. The frequency of the maximum peak in the power spectrum was increased, as well.These results confirm the importance of PV-expressing GABAergic interneurons in the generation of gamma oscillations in the hippocampus and provide evidence for the direct participation of VGLUT3-expressing hippocampal basket cells in the generation of these oscillations.
Keywords: Inhibitory; Interneurons; gamma Oscillation; Viaat; Parvalbumin; VGLUT3
Other Languages
GABAerge Interneurone bilden eine außerordentlich vielfältige Klasse von Nervenzellen. Sie regulieren z.B. den Input und den Output von Pyramidenzellen und anderen Interneuronen und somit die Aktivität in neuronalen Netzwerken und neuronale Oszillationen. Diese Netzwerkaktivität und deren Synchronisation durch die Oszillationen ist bedeutend für höhere Gehirnfunktionen wie Gedächtnis, Aufmerksamkeit und Wahrnehmung. Weiterhin wird angenommen, dass die GABAerge Signalweiterleitung im Gehirn eine entscheidende Rolle in der Entwicklung von einzelnen Nervenzellen und ganzen neuronalen Netzwerken einnimmt.Um die Rolle von einzelnen Untergruppen von GABAergen Interneuronen in der Übertragung von hemmenden Erregungen zwischen Nervenzellen zu untersuchen, wurde das Gen des vesikulären Transporters für GABA und Glycin (Viaat) ausgeschaltet. Mäuse, die ein mit loxP Erkennungssequenzen flankiertes Allel von Viaat tragen, wurden mit Mäusen gekreuzt, welche die Cre-Rekombinase unter der Kontrolle des Promotors von dem Parvalbumin- (PV) oder dem VGLUT3-Gen (vesikulärer Glutamattransporter 3) exprimieren. Da Viaat unerlässlich für die Ausschüttung von Neurotransmittern in GABAergen Nervenzellen ist, erlaubt diese Strategie die selektive Stilllegung von GABAergen hemmenden Neuronen, die PV bzw. VGLUT3 exprimieren. Die Funktionalität neuronaler Netzwerke und eventuelle morphologische Konsequenzen, verursacht durch die genetische Ausschaltung des Viaat-Gens, wurde in den Mauslinien analysiert.Der Verlust von Viaat in PV-exprimierenden Zellen konnte in verschiedenen Gehirnregionen beobachtet werden u.a. dem Kleinhirn und im Nucleus reticularis thalami (netzartiger Thalamuskern). Jedoch führte dies nicht zu einer größeren Veränderung in der morphologischen Entwicklung der betroffenen Neurone. GABAerge Korbzellen, die PV oder VGLUT3 exprimieren, bilden hemmende Synapsen auf den Somata von Pyramidenzellen im Hippocampus. Somit spielen sie eine bedeutende Rolle in der Regulation der Ausbildung von Aktionspotentialen in den innervierten glutamatergen Nervenzellen. Deshalb wurde die Rolle dieser beiden Typen von Korbzellen in der Erzeugung von hippocampalen Gamma-Oszillationen in vitro untersucht. Die Ausschaltung des Viaat Gens in PV-exprimierenden Nervenzellen führte zu einer Reduktion der Stärke von Kainat-induzierten Gamma-Oszillationen in vitro. Weiterhin war die Frequenz des maximalen Peaks des extrazellulär abgeleiteten Potentials im Gamma-Bereich erhöht. Ähnliche Unterschiede konnten in Tieren beobachtet werden, wo Viaat in VGLUT3-exprimierenden Zellen ausgeschaltet wurde. Die Stärke der Gamma-Oszillationen war kleiner. Die Frequenz des maximalen Peaks im extrazellulären Feldpotential im Gamma Bereich war ebenfalls signifikant erhöht.Diese Ergebnisse bestätigen die Bedeutung der PV-exprimierenden GABAergen Interneurone bei der Erzeugung von Gamma-Oszillationen im Hippocampus. Weiterhin liefern sie Hinweise auf eine direkte Beteiligung von VGLUT3-exprimierenden Korbzellen im Hippocampus bei der Erzeugung dieser neuronalen Aktivität.
Schlagwörter: Inhibitorische; Interneuronen; Gamma-Oszillation; Viaat; Parvalbumin; VGLUT3