The role of α-neurexins in Ca2+-dependent synaptic transmission and plasticity
Die Rolle von α-Neurexinen bei Ca2+-abhängiger synaptischer Transmission und Plastizität
by Mohiuddin Ahmad
Date of Examination:2006-04-24
Date of issue:2006-05-18
Advisor:Prof. Dr. Markus Missler
Referee:Prof. Dr. Markus Missler
Referee:Prof. Dr. Dr. Detlev Schild
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-3232
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Description:Dissertation
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Abstract
English
This project investigated novel aspects of the function of α-neurexins in neurotransmission and synaptic plasticity. Whole-cell patch-clamp studies on heterologous cells showed that neurexin 1α does not considerably modulate the current density as well as the activation and inactivation properties of recombinant N-type Ca2+ channels. The only effect that we found was a small leftward shift in half-maximal voltage of activation with neurexin 1α in the presence of Ca2+ as charge carrier, which is insufficient to explain the alteration in Ca2+ channel properties at synapses of α-neurexin KO mice. Instead our results give way for the alternative hypothesis of the importance of α-neurexins in coupling Ca2+ channels to the release machinery at the presynaptic terminal. Extracellular field potential recordings showed that both short-term and long-term synaptic plasticity were altered in adult α-neurexin KO mice. Paired-pulse facilitation and frequency-dependent facilitation were increased in α-neurexin double KO mice. This enhanced facilitation might be related to the decrease in the release probability in these mice, although involvement of other factors cannot be ruled out. In addition, LTP was increased in α-neurexin double KO mice, and was found to be due to the reduced inhibitory synaptic transmission in these mice. Our biochemical experiments showed that RIM1α is an interaction partner of neurexins. A disturbance of neurexin-RIM interaction might also be responsible for the changes in synaptic plasticity that we observed in α-neurexin KO mice. Finally, we constructed a knock-in mouse line with floxed first exon of neurexin 1α to achieve conditional knockout of α-neurexins in hippocampus o! f adult mice, that would allow a detailed analyis of Ca2+-dependent synaptic transmission and plasticity in adult mice lacking all three α-neurexins.
Keywords: Synapses; Synaptic transmission; Synaptic plasticity; Calcium channel; Neurexins
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Dieses Projekt untersuchte neue Aspekte der Funktion von α-Neurexinen während Neurotransmission und synaptischer Plastizität. "Whole-cell patch-clamp"-Untersuchungen an heterologen Zellen zeigten, dass Neurexin 1α weder die Stromdichte noch die Aktivierungs- und Inaktivierungseigenschaften rekombinanter Ca2+-Kanäle des N-Typs (Cav2.2) wesentlich verändert. Der einzige signifikante Effekt, den wir gefunden haben, war eine geringe Linksverschiebung der halb-maximalen Aktivierungsspannung mit Neurexin 1α in Anwesenheit von Ca2+ als Ladungsträger. Dieser Effekt reichte allerdings nicht aus, um die Veränderung der synaptischen Transmission von α-Neurexin KO Mäusen zu erklären. Meine Resultate deuten eher auf eine alternative Hypothese über die Bedeutung von α-Neurexinen hin, nämlich als Kopplung zwischen Ca2+-Kanälen und der Maschinerie zur Vesikelfreisetzung an präsynaptischen Endigungen. Ableitungen extrazellulärer Feldpotentiale zeigten, dass sowohl Kurzzeit- als auch Langzeit plastizität in adulten α-Neurexin KO Mäusen verändert war. "Paired-pulse" und Frequenz-abhängige Bahnung waren in α-Neurexin Doppel-KO Mäusen verstärkt. Diese verstärkte Bahnung könnte mit der Abnahme der Wahrscheinlichkeit der Vesikelfreisetzung zusammenhängen die Beteiligung anderer Faktoren kann aber nicht ausgeschlossen werden. Des Weiteren ist LTP in α-Neurexin Doppel-KO Mäusen erhöht, was auf eine reduzierte inhibitorische, synaptische Transmission in diesen Mäusen zurückgeführt werden konnte. Unsere biochemischen Experimente identifizierten RIM1α als einen Interaktionspartner von Neurexinen wobei die Bindung offenbar von dem C-terminalen PDZ-Erkennungsmotiv abhängt. Die Unterbrechung der Neurexin-RIM Interaktion könnte der Grund für die in α-Neurexin KO Mäusen beobachteten Veränderungen der synaptischen Plastizität sein. Schließlich haben wir eine α-Neurexin knock-in Mauslinie mit einem gefloxten Exon 1 generiert, um dadurch einen konditionellen α-Neurexin knockout im Hippocampus adulter Mäuse zu erreichen, der die detaillierte Analyse Ca2+-abhängiger synaptischer Transmission und Plastizität in Mäusen, denen alle drei α-Neurexine fehlen, erlauben würde.
Schlagwörter: Synapsen; Synaptischer Transmission; Synaptischer Plastizität; Calcium Kanäle; Neurexinen
