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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-86928
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/8692/


Illy, Marcus

Functional role of presynaptic Kv3 channels on synaptic transmission at the basket cell-granule cell synapse

Die funktionelle Aufgabe von präsynaptischen Kv3 Kanälen bei der synaptischen Transmission an der Korbzell-Körnerzell Synapse

Dokument1.pdf (2.946 KB) (md5sum: 3dffb672c435139ea637b21351bcce0f)

Kurzfassung in Englisch

Voltage-gated potassium channels of the Kv3 subfamily play a key role in establishing the fast-spiking action potential (AP) phenotype of basket cells (BCs). Even though their electrophysiological properties are well understood, little is known about their subcellular distribution. Kv3 has been shown to be expressed in somata and dendrites, but it is unclear if they are expressed in axons and presynaptic terminals. Additionally it is unclear if Kv3 channels are involved in the regulation of synaptic transmission. Adressing this questions, I performed simultaneous paired recordings between presynaptic fast-spiking BCs and postsynaptic granule cells (GCs) in acute hippocampal brain slices from 19- to 24-day-old rats in the dentate gyrus (DG). Combined with application of the Kv3 antagonist tetraethylammonium (TEA) I characterized the properties of Kv3-related release. Bath application of 1 mM TEA led to a strong broadening of the presynaptic AP (0.91 ± 0.07 ms to 1.15 ± 0.07 ms) and increased its peak amplitude. In the GC, inhibitory postsynaptic currents (IPSC) showed an increase in amplitude (539.4 ± 76.7 pA to 797.8 ± 112.4 pA).
Computing the skewness of the IPSC amplitude distribution showed that this was the result of an increase in release probability. In parallel, 1 mM TEA increased the multiple pulse depression during a train of APs. It is well known that under control conditions,
synaptic transmission at the BC-GC synapse is exclusively mediated by voltage-gated Ca2+ channels of the P/Q-type. By blocking P/Q-type Ca2+ channels using 1 μM ω-agatoxin IVa during simultaneous TEA application, I could reveal a small residual IPSC
component. The integral of this component was 7.59 ± 1.28% if compared to the component recorded under control conditions (100%). With an additional block of N-type Ca2+ channels by 1 μM ω-conotoxin GVIa, I could attribute ~54% of the residual component to this channel type. However, a very small component still remained, which could not been attributed to a certain voltage-gated Ca2+ channel-type. In conclusion these results first suggest that Kv3 channels are also expressed in presynaptic terminals of DGBCs and contribute in the regulation of transmitter release. Second, this thesis suggests that synaptic transmission can also rely to a small amount on N-type and other Ca2+ channels if the AP waveform was broadened by TEA.


Kurzfassung in Deutsch

Spannungsgesteuerte Kaliumkanäle der Kv3-Unterfamilie spielen eine Schlüsselrolle bei der Generierung des schnell feuernden Aktionspotentialsphänotyps in Korbzellen (basket cells, BCs). Obwohl die elektrophysiologischen Eigenschaften dieser Kanäle vielseitig untersucht wurden, ist nur wenig über ihre subzelluläre Verteilung bekannt. Eine Expression von Kv3 konnte bereits in Somata und Dendriten gezeigt werden, während dies für das Axon und die präsynaptische Terminale noch immer unklar ist. Es ist weiterhin unbekannt, ob Kv3-Kanäle an der Regulation synaptischer Transmission beteiligt sind. Um diese Fragen zu klären, führte ich simultane Paarableitungen zwischen präsynaptischen BCs und post-synaptischen Körnerzellen (granule cells, GCs) in akuten hippocampalen Hirnschnitten 19 bis 24 Tage alter Ratten im Gyrus dentatus (dentate gyrus, DG) durch.
Kombiniert mit der Applikation des Kv3-Antagonisten Tetraethylammonium (TEA) konnte ich die Eigenschaften der Kv3-bedingten Transmitterausschüttung charakterisieren. Eine Badapplikation von 1 mM TEA führte zu einer starken Verbreiterung des präsynaptischen Aktionspotentials (APs) (0,91 ± 0,07 ms zu 1,15 ± 0,07 ms) und erhöhte dessen Spitzenamplitude.
In der GC zeigten inhibitorische postsynaptische Ströme (IPSCs) einen Zuwachs der Amplitude (539,4 ± 76,7 pA zu 797,8 ± 112,4 pA). Durch Berechnung der Schiefe der IPSC-Amplituden-Verteilung konnte gezeigt werden, dass dies auf eine Erhöhung der Ausschüttungswahrscheinlichkeit zurückzuführen war. Zusätzlich führte 1 mM TEA zu einer Erhöhung der multiplen Pulsdepression während gruppenevozierter APs. Es ist bekannt, dass die synaptische Transmission an der BC-GC-Synapse unter Kontrollbedingungen ausschließlich über spannungsgesteuerte Ca2+-Kanäle vom P/Q-Typ vermittelt wird. Durch einen Block der P/Q-Typ Ca2+-Kanäle mit 1 μM ω-Agatoxin IVa in Anwesenheit von TEA konnte ich eine kleine residuelle IPSC-Komponente aufzeigen. Das Integral dieser Komponente betrug 7,59 ± 1,28% im Vergleich zur unter Kontrollbedingungen aufgenommenen Komponente (100%). Durch zusätzliche Blockade von N-Typ Ca2+-Kanälen durch 1 μM ω-Conotoxin GVIa, konnte ich ~54% der residuellen Kompontente diesem Kanaltyp zuordnen. Zusammenfassend zeigen diese Ergebnisse, dass Kv3-
Kanäle in präsynaptischen Terminalen von DG-BCs an der Regulation der Transmitterausschüttung beitragen. Weiterhin zeigen sie, dass die synaptische Transmission zu einem kleinen Teil über N-Typ- und andere Ca2+-Kanäle vermittelt ist.


SWD-Schlagwörter: Patch-Clamp-Methode , Hippocampus , Neurophysiologie , Neurotransmitter , Synaptische Transmission , Aminobuttersäure <gamma-> , Aktionspotenzial
Freie Schlagwörter (englisch): paired recordings , agatoxin , conotoxin , facillitation , depression
Institut: Institut für Biologie 1 (Zoologie)
Fakultät: Fakultät für Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Jonas, Peter ( Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 18.07.2012
Erstellungsjahr: 2012
Publikationsdatum: 23.07.2012
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