Function of glial cells in the inhibitory synaptic transmission of the respiratory network
Funktion von Gliazellen für die synaptische Inhibition im respiratorischen Netzwerk
von Katalin Szöke
Datum der mündl. Prüfung:2005-10-27
Erschienen:2006-01-24
Betreuer:PD Dr. Swen Hülsmann
Gutachter:PD Dr. Swen Hülsmann
Gutachter:Prof. Dr. Klaus-Armin Nave
Gutachter:Prof. Dr. Diethelm Richter
Zum Verlinken/Zitieren:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-3256
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Description:Dissertation
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Zusammenfassung
Englisch
Glial cells of the respiratory network are necessary for the rhythm generation. They are believed to modulate the different neurotransmission pathways via their neurotransmitter transporters and receptors. The participation of astrocytes in the excitatory (glutamatergic) neurotransmission was already analyzed in previous studies. In the present work, we aimed to study the role of glial cells in the inhibitory neurotransmission of the respiratory network.First, we analyzed how the different types of astrocytes and oligodendrocytes are involved in the inhibitory neurotransmission in the respiratory network using three different approaches: whole-cell voltage clamp recordings, immunohistochemistry and single-cell RT-PCR in acute slices from 0-9 days old transgenic mice, in which astrocytes (TgN (hGFAP-EGFP)) and oligodendrocytes (TgN (mPLP-DsRed)) are labeled with fluorescent proteins. Astrocytes with bright fluorescence and linear IV relationship, independently of the expression of an additional A-type potassium current, showed immunostaining for the glial glycine transporter (GlyT1) and expressed receptor- and transporter-related whole-cell currents in response to application of the endogenous agonist glycine. One part of the whole glycine current was transporter-mediated. In contrast, additional population of astrocytes with reduced EGFP expression, large A-type currents and outwardly rectifying IV relationship did neither show GlyT1 immunostaining nor any response to glycine. However, these cells displayed much larger and mainly receptor-related currents in response to GABA. Oligodendrocytes, showing linear IV relationship, elicited both receptor and small transporter mediated glycine currents, but most of them did not show immunostaining. The mRNA of the GlyT1 was detected by single cell reverse transcription PCR in all types of glial cells.Second, we analyzed the effect of genetical ablation of GlyT1 on the respiration of newborn mice. Both the breathing and the in vitro respiratory rhythm was strongly reduced in GlyT1 KO mice, and the mice died within the first day of life due to respiratory failure. The fact that the glycine receptor blocker strychnine restored a near normal in vitro respiratory rhythm in KO mice while had no effect on the normal rhythm in wild type mice show that the fatal effect of GlyT1 inhibition on the respiratory rhythm is due to increased glycine concentration. Conversely, both glycine and the GlyT1 blocker sarcosine reduced the normal respiratory rhythm of wild type mice. Taken together, the data suggest, that modulation of the glycinergic inhibition through GlyT1 is critical in the respiratory network as its inhibition has fatal consequence, and passive and intermediate astrocytes, possibly also oligodendrocytes are responsible for the glycine uptake.
Keywords: astrocyte; glia; glycine receptor; glycine transporter; respiratory rhythm; immunohistochemistry; oligodendrocyte; patch-clamp; respiratory network; single-cell RT PCR
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Gliazellen im respiratorischen Netzwerk sind notwendig für die normale Rhythmusgeneration. Sie modulieren verschiedene Neurotransmissionwege mit ihren Neurotransmittertransportern. Die Beteiligung der Astrozyten an der glutamatergen Neurotransmission wurde in vorhergehenden Studien analysiert. Ziel dieser Arbeit war Untersuchung der Rolle von Gliazellen für die synaptische Hemmung im respiratorischen Netzwerk.In transgen Mäuse, in denen Astrocyten (TgN(hGFAP-EGFP)) oder Olygodendrocyten (TgN (mPLP-DsRed)) mit fluorescenten Proreinen markiert sind, wurde die Expression des glialen Glyzintransporters (GlyT1) elektrophysiologisch, immunohistochemisch und mittels Einzelzell-RT-PCR analisiert. Insbesondere protoplasmatische Astrozyten mit passiver Stromspannungskurve zeigten einen Glyzin-vermittelten Strom der teilweise Transportervermittelt war. Im Gegensatz dazu fehlte bei einer weiteren Population von Zellen mit schwacher EGFP- Fluoreszenz und großem A-Typ Kaliumstrom (so genannte auswärts rektifizierenden Zellen) jeglicher Glyzin-induzierter Strom. Sie zeigten jedoch große GABA-Rezeptor-vermittelte Ströme.Zweitens, wir haben der Effekt eine genetischen GlyT1-Deletion auf das Atemzentrum neugeborener Mäuse untersucht. Sowohl die Atmung als auch der respiratorische Rhythmus in einer akuten Schnittpräparation des Atemzentrums war in GlyT1-KO Mäusen stark gestört, sodass die Mäuse am ersten Lebenstag verstarben. Als Ursache konnte eine Überflutung respiratorischer Neurone mit Glyzin gefunden werden. Alles in allem, zeigen diese Daten die Expression von GlyT1 in Astrozyten und damit die Regulation des extrazellulären Glyzinkonzentration kritisch für die Funktion des respiratorischen Netzwerkes ist.
Schlagwörter: Astrozyten; Glia; Glyzin Rezeptor; Glyzin Transporter; respiratorischer Rhythmus; Immunhistochemie; Oligodendrozyten; Patch-Clamp; Respiratorisches Netzwerk; Atemzentrum; Einzelzell RT PCR