| dc.contributor.advisor | Staiger, Jochen Prof. Dr. | |
| dc.contributor.author | Delchmann, Jürgen | |
| dc.date.accessioned | 2018-01-17T07:07:29Z | |
| dc.date.available | 2018-01-23T23:50:42Z | |
| dc.date.issued | 2018-01-17 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-002E-E320-3 | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-6648 | |
| dc.language.iso | deu | de |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | |
| dc.subject.ddc | 610 | de |
| dc.title | Elektrophysiologische Charakterisierung GABA-Rezeptoren vermittelter Inhibition an Martinotti-Zellen im somatosensorischen Kortex | de |
| dc.type | doctoralThesis | de |
| dc.title.translated | Electrophysiological characterization of GABA receptor-mediated inhibition on Martinotti cells in the somatosensory cortex | de |
| dc.contributor.referee | Staiger, Jochen Prof. Dr. | |
| dc.date.examination | 2018-01-17 | |
| dc.description.abstractger | Die Verarbeitung taktiler Information im somatosensorischen Kortex ist bis in die heutige Zeit nicht im Detail verstanden. Man geht jedoch davon aus, dass inhibitorische Interneurone dabei eine Schlüsselrolle spielen. Bei Fehlfunktion der GABAergen Neurone im Gehirn wurden verschiedene Krankheitsbilder wie Epilepsie (Cossart et al. 2001), Schizophrenie (Gonzalez-Burgos und Lewis 2008), Angststörungen (Freund und Katona, 2007) oder Autismus (Tabuchi et al. 2007) beschrieben. Aus diesem Grund rücken GABAerge Interneurone vermehrt in den Fokus der Wissenschaft. Martinotti-Zellen gehören zu dieser vielfältigen Gruppe der Interneurone und sind maßgeblich an Informationsverarbeitung im Kortex durch disynaptische Hemmung benachbarter Pyramidenzellen beteiligt (Silberberg und Markram 2007, Gentet et al. 2012, Kepecs und Fishell 2014). Dabei sind Martinotti-Zellen selbst das Ziel einer verhaltensabhängigen Inhibition (Gentet et al. 2012), die über VIP-positive Zellen vermittelt zu sein scheint (Pfeffer et al. 2013, Lee et al. 2013, Pi et al. 2013). Dieser als Disinhibition bezeichnete Mechanismus soll zur Verbesserung sensorischer Informationsverarbeitung sowie zu sensorisch-gelenktem Verhalten und Lernen beitragen (Letzkus et al. 2011, Fu et al. 2014). Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung von GABA-Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran von Martinotti-Zellen in der Schicht II/III des somatosensorischen Kortex. Weiterhin wurden die inhibitorischen Eingänge der Martinotti-Zellen auf die Expression von GABAB-Rezeptor untersucht. Die Versuche wurden an Hirnschnitten der GIN-Maus an GFP+-Zellen mittels Patch-Clamp-Technik durchgeführt. Die Patch-Clamp-Technik stellt ein gut etabliertes elektrophysiologisches Messverfahren für die Untersuchung von zellulären Rezeptoren dar. Dabei wurden sowohl lokale Druckapplikationen als auch Badapplikation von spezifischen Agonisten und Antagonisten des ionotropen GABAA-Rezeptors und des metabotropen GABAB-Rezeptors genutzt, um Aussagen zur Expression dieser Rezeptoren auf den Martinotti-Zellen bzw. auf deren inhibitorischen Eingängen zu treffen.
Martinotti-Zellen der Schicht II/III des somatosensorischen Kortex besitzen postsynaptische ionotrope GABAA-Rezeptoren, wohingegen GABAB-Rezeptoren weitestgehend ausgeschlossen werden können. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die exprimierten GABAA-Rezeptoren hauptsächlich für Chloridionen permeabel sind und konzentrationsabhängige (0,005-10 mM) Amplituden aufweisen. Es ist anzunehmen, dass die postsynaptischen GABAA-Rezeptoren im synaptischen Spalt an den inhibitorischen Terminalen lokalisiert sind.
Mit der elektrischen Stimulation mittels bipolarer Elektrode konnten inhibitorische Fasern, welche auf die Martinotti-Zellen projizieren, gereizt werden. Die evozierten postsynaptischen Strömen (eIPSC) zeigten unter Aktivierung präsynaptischer metabotroper GABAB-Rezeptoren eine Reduktion der Amplitude auf 37 %. Dieser Effekt wird durch eine verringerte Transmitterausschüttung der inhibitorischen Terminalen infolge eines reduzierten Kalzium-Einstroms in die Präsynapse hervorgerufen. Des Weiteren wiesen die eIPSC eine ausgesprochene depressive Kurzzeitplastizität auf, die durch Aktivierung präsynaptischer GABAB-Rezeptoren, insbesondere bei hohen Frequenzen, weitestgehend eliminiert wurde. Inwieweit GABAB-Rezeptoren unter physiologischen Bedingungen bei der inhibitorischen Transmission auf die Martinotti-Zellen aktiviert werden, konnte nicht eindeutig geklärt werden. Es besteht die Möglichkeit, dass bei länger anhaltender präsynaptischer Aktivität GABA aus dem synaptischen Spalt diffundiert und die präsynaptischen GABAB-Rezeptoren aktiviert. Favorisiert wird dagegen die Möglichkeit, dass spezifische Interneurone (z.B. Neurogliaforme-Zellen) GABA über Volumentransmission in die Nähe GABAB-Rezeptor-exprimierender Synapsen abgeben. Dadurch nehmen diese Zellen Einfluss auf die synaptische Transmission der Martinotti-Zellen und letztlich auf die Informationsverarbeitung im somatosensorischen Kortex. | de |
| dc.description.abstracteng | The processing of tactile information in the somatosensory cortex is currently not well understood. However, it is assumed that inhibitory interneurons play a key role in this process. When GABAergic neurons do not function properly in the brain, various conditions were described, including epilepsy (Cossart et al., 2001), schizophrenia (Gonzalez-Burgos and Lewis, 2008), anxiety disorders (Freund and Katona, 2007), and autism (Tabuchi et al., 2007). For this reason, GABAergic interneurons are increasingly coming in focus of neuroscientists. Martinotti cells belong to this diverse group of interneurons and play a crucial role in information processing in the cortex through disynaptic inhibition of neighboring pyramidal cells (Silberberg and Markram 2007, Gentet et al., 2012, Kepecs and Fishell 2014). Martinotti cells themselves are the target of behavioral inhibition (Gentet et al., 2012), which appears to be mediated by VIP-positive cells (Pfeffer et al., 2013, Lee et al., 2013, Pi et al., 2013; Walker et al., 2016). This mechanism, known as disinhibition motif, should contribute to improving sensory information processing as well as sensory-directed behavior and learning (Letzkus et al., 2011, Fu et al., 2014).
The aim of the present work was the investigation of the physiological effects of GABA receptors located on the postsynaptic membrane of Martinotti cells in layer II/III of the somatosensory cortex. Furthermore, the inhibitory inputs of the Martinotti cells were examined for the expression of presynaptic GABA¬B receptors. The experiments were performed on brain slices of the GIN mouse on GFP+ cells by patch clamp technique. This technique represents a well-established electrophysiological measurement method for the study of receptors. Local pressure application as well as bath application of specific agonists and antagonists of the ionotropic GABAA-receptor and the metabotropic GABAB-receptor was used to examine expression of these receptors on Martinotti cells or on their inhibitory inputs. Layer II/III Martinotti cells express postsynaptic ionotropic GABAA-receptors, whereas GABAB-receptors could be largely excluded. In addition, it was shown that the expressed GABAA-receptors are mainly permeable to chloride ions and show amplitudes that are concentration-dependent of GABA application (0.005-10 mM). It can be assumed that the postsynaptic GABAA-receptors are located in the synaptic cleft at the inhibitory terminals.
Inhibitory fibers projecting on Martinotti cells could be electrically stimulated with a bipolar electrode. The evoked inhibitory postsynaptic currents (eIPSC) showed a reduction in amplitude to 37%, upon activation of presynaptic metabotropic GABAB-receptors.
This effect is caused by a reduced transmitter release of the inhibitory terminals as a result of reduced calcium influx into the presynapse. Furthermore, the eIPSC showed pronounced depressive short-term plasticity, which was largely eliminated by activation of presynaptic GABAB-receptors, especially at high frequencies. To what extent GABAB-receptors are activated under physiological conditions in the inhibitory transmission to the Martinotti cells, could not be clarified. There is a possibility that with prolonged presynaptic activity GABA diffuses out of the synaptic cleft and activates presynaptic GABAB-receptors. On the other hand, our favorite hypothesis is that specific interneurons (e.g., neurogliaform cells) deliver GABA to the vicinity of GABAB-receptor-expressing synapses via volume transmission. As a result, these cells can influence the synaptic transmission of Martinotti cells and ultimately information processing in the somatosensory cortex. | de |
| dc.contributor.coReferee | Hülsmann, Swen Prof. Dr. | |
| dc.subject.ger | Barrel Kortex | de |
| dc.subject.ger | Martinotti Zellen | de |
| dc.subject.ger | Inhibitorische Interneurone | de |
| dc.subject.ger | Kortikales Netzwerk | de |
| dc.subject.ger | GABA-Rezeptoren | de |
| dc.subject.eng | Martinotti cell | de |
| dc.subject.eng | Cortical circuitry | de |
| dc.subject.eng | Inhibitory interneurons | de |
| dc.subject.eng | GABA-receptors | de |
| dc.subject.eng | Barrel cortex | de |
| dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:7-11858/00-1735-0000-002E-E320-3-6 | |
| dc.affiliation.institute | Medizinische Fakultät | de |
| dc.subject.gokfull | Medizin (PPN619874732) | de |
| dc.description.embargoed | 2018-01-23 | |
| dc.identifier.ppn | 1011114100 | |