Rezeptorinduzierte PI(4,5)P2-Dynamik in hippocampalen CA1-Pyramidenneuronen

Das Plasmamembranlipid Phosphatidylinositol(4,5)biphosphat (PIP2) ist an der Regulation einer Vielzahl zellularer Prozesse beteiligt. Die Dynamik der PIP2-Konzentration in lebenden Zellen in ihrer nativen Umgebung ist bislang allerdings weitgehend unerforscht. Die Kenntnis der PIP2-Dynamik in native...

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser: Hackelberg, Sandra
Beteiligte: Oliver, Dominik (Dr. rer. nat.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Deutsch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2013
Medizin
Schlagworte:
Online Zugang:PDF-Volltext
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Beschreibung
Zusammenfassung:Das Plasmamembranlipid Phosphatidylinositol(4,5)biphosphat (PIP2) ist an der Regulation einer Vielzahl zellularer Prozesse beteiligt. Die Dynamik der PIP2-Konzentration in lebenden Zellen in ihrer nativen Umgebung ist bislang allerdings weitgehend unerforscht. Die Kenntnis der PIP2-Dynamik in nativen Zellen ist jedoch eine wesentliche Voraussetzung, um die physiologische Funktion von PIP2 verstehen zu konnen. Seit wenigen Jahren ermoglicht die Entwicklung von PIP2-Sensoren aus PIP2-bindenden Domanen und fluoreszierenden Proteinen die optische Messung der PIP2-Dynamik in lebenden Zellen. In heterologen Expressionssystemen und isolierten Neuronen ist bereits gezeigt worden, dass die Aktivierung von Gq-gekoppelten Rezeptoren die Konzentration von PIP2 in der Plasmamembran reduzieren kann. Diese Reduktion fuhrt zu einer Verminderung von Lipid-Proteininteraktionen und als Konsequenz zu einer Modulation der Aktivitat oder Lokalisation PIP2-abhangiger Proteine (Effektoren). In Neuronen fuhrt diese Depletion von PIP2 nach derzeitigen Modellvorstellungen u.a. zur Regulation verschiedener Ionenkanale und damit zu einer Modulation der elektrischen Erregbarkeit der Zellen. In dieser Arbeit habe ich mit Hilfe konfokaler Mikroskopie der PIP2-abhangigen Membranlokalisation der Tubby-Domane die Gq-induzierte PIP2-Dynamik in situ in hippocampalen CA1-Pyramidenneuronen in akuten Hirnschnitten charakterisiert. Vergleichende Messungen der Translokation der PIP2- und potentiell IP3-sensitiven PLCƒÂ1-PH-Domane zeigten einen ahnlichen Verlauf im Vergleich zu Tubby, wiesen aber insbesondere bei starken Translokationen eine langsamere Regeneration auf. Pharmakologische Aktivierung Gq-gekoppelter muskarinischer Acetylcholinrezeptoren (mAchR) und metabotroper Glutamatrezeptoren (mGluR) fuhrten zur robusten PIP2-Depletion. Die Amplitude der mAchR-induzierten PIP2-Depletion war signifikant groser als die der Typ-I mGluR-induzierten Depletion. Der Unterschied zwischen den Amplituden war in dem apikalen Hauptdendriten starker ausgepragt als im Soma. Bei beiden Rezeptoren zeigte die PIP2-Dynamik im Mittel einen phasisch-tonischen Verlauf. Die Desensitisierung der PIP2-Depletion war bei Aktivierung von mAchR starker ausgepragt. Daruber hinaus zeigen die Daten erstmals, dass die Aktivierung Gq-gekoppelter Rezeptoren auch eine Oszillation der PIP2-Konzentration in der Plasmamembran bewirken kann. Die mAchR- und mGluRI-induzierten Oszillationen zeigen auserdem, das Neurone zu einer rapiden PIP2-Regeneration wahrend andauernder Anwesenheit der Agonisten fahig sind. Die Applikation von Agonisten weiterer Gƒ¿q-gekoppelter Rezeptoren induzierte im Soma und apikalen Hauptdendriten keine PIP2-Dynamik. Insgesamt unterstutzen die Daten eine physiologische Funktion der PIP2-Dynamik in Neuronen und korrelieren gut mit dem allgemeinen Verlauf von elektrophysiologischen Antworten der Zellen auf die Agonisten. Eine physiologische Funktion der PIP2-Dynamik wird weiter von Ergebnissen aus elektrischen Stimulationen im Bereich afferenter Fasern im Str. oriens unterstutzt. Die Daten deuten auf eine synaptisch induzierbare PIP2-Depletion hin, die Pharmakologie der Effekte muss aber noch naher untersucht werden. Wie Daten aus Gyrus dentatus Kornerzellen zeigen, ist die Gq-induzierte PIP2-Dynamik nicht nur rezeptor-, sondern auch neuronentypspezifisch, denn hier induzierten mAchR- und mGluR-Agonisten keine messbare PIP2-Depletion.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2014.0200