Elektrophysiologische Charakterisierung von GABA-Rezeptor-vermittelter Inhibition an Martinotti-Zellen der Schicht 5 im Barrel-Kortex
Electrophysiological characterization of GABA-receptor-mediated inhibition on Martinotti cells in layer 5 of the barrel cortex
von Kristina Glöckner
Datum der mündl. Prüfung:2020-12-10
Erschienen:2020-12-10
Betreuer:Prof. Dr. Jochen Staiger
Gutachter:Prof. Dr. Jochen Staiger
Gutachter:Prof. Dr. Swen Hülsmann
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http://dx.doi.org/10.53846/goediss-8350
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Zusammenfassung
Englisch
Martinotti cells (MC) belong to the subgroup of somatostatin-expressing GABAergic interneurons. They are an important component of cortical circuits and are involved in both lateral inhibition and disinhibition of principal neurons. MC receive inhibitory afferences from parvalbumin- and vasoactive intestinal polypeptide-expressing GABAergic interneurons. In this work whole cell-patch clamp recordings were used to study GABA-receptor-mediated inhibition at MC of layer 5 of the barrel cortex. Using pressure application of specific agonists of GABAA and GABAB receptors in combination with bath application of specific antagonists, postsynaptic GABA receptors on the MC were characterized. Furthermore, it was investigated to what extent existing metabotropic GABAB receptors on the inhibitory presynaptic fibres projecting on MC have an influence on the amplitude and short-term plasticity of inhibitory postsynaptic currents (eIPSC). The experiments were performed under in vitro conditions in thalamocortical brain slices of GIN mice. The expression of GABAA receptors was detected on the postsynaptic membrane of layer 5 MC of the barrel cortex and their involvement in inhibitory synaptic neurotransmission to the MC was confirmed. The induced currents are mainly based on an influx of chloride ions. In contrast, an involvement of postsynaptically localized GABAB receptors on the MC during short-term stimulation could be excluded. Electrical stimulation of presynaptic inhibitory terminals was used to trigger eIPSC on the MC. Under the GABAB receptor agonist baclofen, eIPSC amplitudes were significantly reduced, which is evidence for presynaptically localized GABAB receptors on the inhibitory terminals. The inhibitory fibres projecting onto the layer 5 MC show a frequency-dependent short-term plasticity in the form of a depression. In contrast to the layer 2/3 MC, the presynaptic GABAB receptors at the terminals on the MC in layer 5 have no influence on the short-term plasticity. The results obtained provide a further building block for understanding the complex interconnection of interneurons and also indicate existing layer-specific differences in inhibitory transmission to the MC in the primary somatosensory cortex.
Keywords: barrel cortex; inhibitory interneurons; Martinotti cell; GIN mouse; patch-clamp recordings; postsynaptic GABAA receptors; inhibitory postsynaptic currents; presynaptic GABAB receptors; short-term plasticity
Deutsch
Martinotti-Zellen (MC) gehören zur Untergruppe der Somatostatin-exprimierenden GABAergen Interneurone. Sie sind ein wichtiger Bestandteil kortikaler Schaltkreise und dabei sowohl bei der lateralen Inhibition als auch bei der Disinhibition von Prinzipalneuronen beteiligt. MC erhalten inhibitorische Afferenzen von Parvalbumin- und vasoaktives intestinal Polypeptid-exprimierenden GABAergen Interneuronen. In dieser Arbeit wurde mit Hilfe von Whole cell-patch clamp Ableitungen die GABA-Rezeptor-vermittelter Inhibition an MC der Schicht 5 des Barrel-Kortex untersucht. Mittels Druckapplikation von spezifischen Agonisten der GABAA- und GABAB-Rezeptoren in Kombination mit der Badapplikation spezifischer Antagonisten wurden postsynaptische GABA-Rezeptoren auf den MC charakterisiert. Des Weiteren wurde untersucht, inwiefern vorhandene metabotrope GABAB Rezeptoren auf den inhibitorischen präsynaptischen Fasern, welche auf MC projizieren, einen Einfluss auf die Amplitude und Kurzzeitplastizität von inhibitorischen postsynaptischen Strömen (eIPSC) haben. Die Versuche wurden unter in vitro Bedingungen an thalamokortikalen Hirnschnitten von GIN-Mäusen durchgeführt. Auf der postsynaptischen Membran von Schicht 5 MC des Barrel-Kortex wurde die Expression von GABAA-Rezeptoren nachgewiesen und deren Beteiligung an der inhibitorischen synaptischen Neurotransmission auf die MC bestätigt. Die dabei induzierten Ströme basieren hauptsächlich auf einem Einstrom von Chloridionen. Dagegen konnte eine Beteiligung von postsynaptisch lokalisierten GABAB-Rezeptoren auf den MC bei einer Kurzzeitstimulation ausgeschlossen werden. Mit Hilfe der elektrischen Stimulation von präsynaptischen inhibitorischen Terminalen wurden eIPSC an den MC ausgelöst. Unter dem GABAB-Rezeptor-Agonisten Baclofen kommt es zu einer signifikanten Reduktion der eIPSC Amplituden, was ein Nachweis für präsynaptisch lokalisierte GABAB-Rezeptoren auf den inhibitorischen Terminalen ist. Die auf die Schicht 5 MC projizierenden inhibitorischen Fasern weisen eine frequenzabhängige Kurzzeitplastizität in Form eine Depression auf, wobei die präsynaptischen GABAB-Rezeptoren an den Terminalen auf die MC in Schicht 5, im Gegensatz zu den Schicht 2/3 MC, keinen Einfluss auf die Kurzzeitplastizität haben. Die gewonnenen Ergebnisse liefern einen weiteren Baustein zum Verständnis der komplexen Verschaltung von Interneuronen und weisen zudem auf vorhandene schichtenspezifische Unterschiede in der inhibitorische Transmission auf die MC im primären somatosensorischen Kortex hin.
Schlagwörter: Barrel-Kortex; Inhibitorische Interneurone; Martinotti-Zelle; GIN-Maus; Patch-clamp-Ableitungen; postsynaptische GABAA-Rezeptoren; inhibitorische postsynaptische Ströme; präsynaptische GABAB-Rezeptoren; Kurzzeitplastizität
