Molekulare und elektrophysiologische Untersuchung der Exozytose in der Maus-Cochlea
von Stefanie, Dr. rer. nat. Schumm geb. Krinner
Datum der mündl. Prüfung:2024-01-10
Erschienen:2023-12-20
Betreuer:Prof. Dr. Tobias Moser
Gutachter:Prof. Dr. Thomas Dresbach
Gutachter:Prof. Dr. Tina Pangrsic
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Name:Schumm_eDissertation.pdf
Size:28.0Mb
Format:PDF
Zusammenfassung
Englisch
The afferent synapses between inner hair cells (IHC) and spiral ganglion neurons are specialized to faithfully encode sound with sub-millisecond precision over prolonged periods of time. Here, I studied the role of Rab3 interacting molecule-binding proteins (RIM-BP) 1 and 2 – multidomain proteins of the active zone known to directly interact with RIMs, Bassoon and CaV1.3 – in IHC presynaptic function and hearing. Recordings of auditory brainstem responses and otoacoustic emissions revealed that genetic disruption of RIM-BPs 1 and 2 in mice causes a synaptopathic hearing impairment exceeding that found in mice lacking RIM-BP2. Patch-clamp recordings from RIM-BP1/2 knockout IHCs indicated a subtle impairment of exocytosis from the readily releasable pool of synaptic vesicles that had not been observed in RIMBP2 knockout IHCs. In contrast, the reduction of calcium-influx and sustained exocytosis was similar to that in RIMBP2 knockout IHCs. In conclusion both RIM-BPs are required for normal sound encoding at the IHC synapse, whereby RIM-BP2 seems to take the leading role.
Keywords: RIM-BP; Calcium; Exocytosis; Active Zone; Cochlea; Hearing; Ribbon Synapse; Hair Cell
Deutsch
Die Bändersynapsen von cochleären inneren Haarzellen sind hochspezialisiert, um äußerst präzise und mit höchster Geschwindigkeit eintreffende akustische Signale in einen neuronalen Kode zu transformieren, der von den Spiralganglion Neuronen (N. cochlearis) über den Hörnerv an das zentrale Nervensystem geleitet wird. Um den hohen Anforderungen zu entsprechen, folgen die Bändersynapsen einem spezialisierten Aufbau, der von konventionellen Synapsen des zentralen Nervensystems abweicht. Eine zentrale Rolle spielen die präsynaptisch lokalisierten Rab3-interacting molecule (RIM) binding proteins (RIMBPs), welche über mehrere Domänen sowohl mit den Calcium-Kanälen, als auch RIMs und Bassoon interagieren, die strukturell und funktionell an der Exozytose von synaptischen Vesikeln beteiligt sind. Bisher wurde in inneren Haarzellen nur die Funktion von RIM-BP2 untersucht. Dabei wurde entdeckt, dass die genetische Deletion von RIM-BP2 in Mäusen zu einer auditorische Synaptopathie führt, die durch eine reduzierte Anzahl an synaptischen Calcium-Kanälen und einer gestörten Exozytose an Bändersynapsen der inneren Haarzellen hervorgerufen wurde. Ob auch andere RIM-BPs, wie zum Beispiel RIM-BP1 in IHZ eine Rolle spielen, und welche das sein könnte, ist bislang ungeklärt. In dieser Arbeit wurden in vivo Hirnstammaudiometrie und in vitro patch-clamp Messungen an RIM-BP1/2-Doppelknockout Mäusen, sowie eine Expressionsanalyse von RIM-BP1 in inneren Haarzellen durchgeführt. Dabei zeigen die Ergebnisse der Hirnstammaudiometrie, dass zusätzlich zu RIM-BP2, auch RIM-BP1 für das periphere Hören der Mäuse wichtig ist und der Verlust von RIM-BP1 und 2 zusammen eine stärkere auditorische Synaptopathie hervorruft als die Deletion von RIM-BP2 alleine. Durch elektrophysiologische patch-clamp Messungen an inneren Haarzellen konnte keine zusätzliche Auswirkung der RIM-BP1 Deletion auf die Amplitude oder die Spanungsabhängigkeit der Calcium-Ströme in inneren Haarzellen von RIM-BP1/2-Doppelknockout Mäusen gefunden werden. Daher kann geschlussfolgert werden, dass zwar RIM-BP2, jedoch nicht RIM-BP1 an der Regulation der Calcium-Kanäle an den Bändersynapsen innerer Haarzellen beteiligt ist. Jedoch wurde eine Reduktion der Exozytose von RIM-BP1/2-Doppelknockout inneren Haarzellen bei kurzen Depolarisationszeiten (< 20 ms) gefunden, welche sich signifikant von RIM-BP2-Knockout inneren Haarzellen unterschied. Dies deutet auf eine Funktion von RIM-BP1 in der Exozytose von synaptischen Vesikeln aus dem „readily releasable pool“ hin. Insgesamt scheint RIM-BP2 im Vergleich zu RIM-BP1 trotz der verstärkten Schwerhörigkeit von RIM-BP1/2- Doppelknockout Mäusen im Vergleich zu RIM-BP2-Knockout Mäusen, an der inneren Haarzell-Bändersynapse funktionell eine größere Rolle zu spielen.
Schlagwörter: RIM-BP; Exozytose; Kalzium; Bändersynapse; Cochlea; Hören; Haarzelle