Detailansicht
On the implication of L-type calcium channel-dependent conductances in hippocampal discharge activity
Manuel Ruiß
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Axel Schmid
DOI
10.25365/thesis.32828
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29644.26584.720459-7
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Kalzium-abhängige Leitfähigkeiten werden als bedeutende Regulatoren des neuronalen Erregungsgeschehens angesehen. So wird beispielsweise angenommen, dass Ionenströme durch unspezifische Kationenkanäle (ICAN) eine exzessive Abfolge von Aktionspotentialen („Bursts”) auslösen, während Ionenströme durch Ca2+-abhängige Kaliumkanäle (IK,Ca) eine ruhigere Abfolge von Aktionspotentialen („tonisches“ Feuerverhalten) der Nervenzelle bewirken. Die Kopplung von Kalziumeinstrom durch L-Typ spannungsgesteuerte Kalziumkanäle (LTCCs) an diese Ca2+-abhängigen Leitfähigkeiten äußert sich elektrophysiologisch in Form von sogenannten Nachpotentialen. Das heißt depolarisiert man ein Neuron durch Strominjektion, kehrt das Membranpotential, nach Abschalten des Injektionsstromes, nicht umgehend zum Ausgangswert zurück, sondern es bilden sich Nachdepolarisationen (ADPs) oder Nachhyperpolarisationen (AHPs). Diese äußern sich am deutlichsten, wenn Aktionspotentiale durch das Kugelfischgift Tetrodotoxin (TTX), einem Blocker spannungsgesteuerter Na+-Kanäle, unterbunden werden. In einer vorausgehenden Studie unserer Arbeitsgruppe an hippokampalen Neuronen von Ratten konnte auf diese Weise gezeigt werden, dass ADPs die CAN-Kopplung (exzitatorische Kopplung), und AHPs die KCA-Kopplung (inhibitorische Kopplung) zugrunde liegt. Das Ziel meiner Studie war es demnach diese funktionellen Zusammenhänge, durch Bestimmung der bevorzugten LTCC-Kopplung und Registrierung des dominierenden Feuerverhaltens eines Neurons in Anwesenheit des LTCC-Aktivators BayK, im Detail zu untersuchen. Dazu wurde die elektrische Aktivität einer Nervenzelle unter Applikation von BayK mittels der Stromklemme („current clamp“) Technik aufgezeichnet. Anschließend wurde die Größe einzelner Burst-Entladungen, Aktionspotentiale und exzitatorischer (EPSPs) sowie inhibitorischer postsynaptischer Potentiale (IPSPs) bestimmt. Die bevorzugte LTCC-Kopplung in diesem Neuron wurde dann durch strominduzierte Depolarisationen in Anwesenheit von TTX identifiziert. Zusätzlich wurde die Aktivität von LTCCs durch Verwendung von BayK und dem LTCC Blocker Isradipin moduliert.
Meine Daten zeigen, dass die Entstehung von Bursts oder tonischem Feuerverhalten nicht von LTCC-CAN oder LTCC-KCa Kopplung abhängig ist, da beide Entladungsmuster in ADP- und AHP-erzeugenden Neuronen entdeckten werden konnten. Vielmehr scheint die Induktion eines dieser Feuerverhalten vom Membranpotential einer Zelle abzuhängen, da Bursts bevorzugt in Zellen mit hyperpolarisierten Membranpotential ausgelöst wurde, während ein stärker depolarisiertes Membranpotential tonisches Feuerverhalten bewirkte. Weiters wurde die LTCC-CAN Kopplung durch kürze und schwächere Depolarisation induziert und könnte somit eine Rolle in der Entstehung von Bursts und/ oder der Plateauphase von Bursts spielen, wohingegen LTCC-KCa Kopplung exponentiell mit länger andauernder Strominjektion zunahm und deshalb in die Beendigung von Bursts involviert sein könnte. Tatsächlich waren Bursts in ADP-erzeugenden Neuronen größer als in jenen Zellen, die ein AHP zeigten. Im Gegensatz dazu, konnten keine Unterschiede in der Größe von Aktionspotentialen, EPSPs und IPSPs zwischen den zwei experimentellen Gruppen detektiert werden. Zudem hatte das Ausmaß von ADPs oder AHPs keinen Einfluss auf die Größe von Bursts oder Aktionspotentialen in meinen Aufzeichnungen. Zusammengefasst deuten meine Daten darauf hin, dass LTCC-induzierte CAN und KCa Aktivierung keine entscheidende, sondern eher eine modulatorische Rolle im hippokampalen Feuerverhalten spielen.
Abstract
(Englisch)
It has long been known that Ca2+-dependent conductances play a crucial role in the regulation of neuronal discharge activity. For example, the Ca2+-dependent nonspecific cation channel (CAN)-mediated ion current (ICAN) is thought to underlie the tendency of neurons to fire bursts of action potentials, whereas the Ca2+-dependent K+-channel (KCa)-mediated current (IK,Ca) has been strongly linked to tonic firing patterns. In a previous study of our group rat hippocampal neurons were shown to be distinguishable according to their preferential L-type voltage-gated calcium channel (LTCC) coupling. The distinction was particularly evident when tetrodotoxin (TTX) was used to block neuronal firing and when LTCC activity was potentiated by BayK. Then a preferential coupling of LTCC-mediated Ca2+-Influx to CAN channels gave rise to after-depolarizations (ADPs), as soon as the current injection was switched off, because ICAN outlasts the artificial depolarization. In contrast, a preferential coupling to KCa channels gave rise to after-hyperpolarizations (AHPs), as IK,Ca is still active after the current-induced depolarization. The aim of my study was to test the above-mentioned functional excitatory links by determination of the preferential LTCC-coupling together with registration of the discharge activity that predominates in the presence of the LTCC agonist. Neuronal electrical activity was recorded in current-clamp mode with the minimally invasive perforated-patch method. Discharge activity was quantified by determination of area-below-trace (ABT). Predominating L-type calcium channel-coupling in the respective neurons then was identified via current-injection-induced depolarizations in the presence of TTX. LTCC-activity was modulated using BayK and the LTCC antagonist isradipine. My data demonstrate that induction of burst or tonic firing is not dependent on LTCC-CAN coupling and LTCC-KCa coupling, since both firing modalities were observed in ADP- and in AHP-generating neurons. Additionally, I gained evidence that induction of these discharge activities rather depends on the membrane potential of the respective cell, as hyperpolarized membrane voltages are required to evoke burst firing and more depolarized membrane voltages favour tonic firing. Furthermore, LTCC-CAN coupling was evoked with shorter depolarizations, indicating a possible role in burst initiation and/ or in the burst plateau phase, whereas LTCC-KCa coupling predominated when current injections were longer-lasting, suggesting an involvement in burst termination. Indeed, the first coupling mode augmented burst events compared to neurons in which the latter coupling mode was predominating. Conversely, smaller events (spike events, excitatory and inhibitory postsynaptic potentials) remained unaltered between those two experimental groups. Furthermore, the size of after-potentials did not correlate with the extent of burst or spike events in my recordings. Hence, my data suggest that LTCC-induced ICAN and IK,Ca have no decisive, but rather a modulatory role in hippocampal firing patterns.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Neurophysiology Neuropharmacology
Schlagwörter
(Deutsch)
Neurophysiologie Neuropharmakologie
Autor*innen
Manuel Ruiß
Haupttitel (Englisch)
On the implication of L-type calcium channel-dependent conductances in hippocampal discharge activity
Paralleltitel (Deutsch)
Über die Rolle von L-Typ Kalzium-Kanal abhängigen Leitfähigkeiten im Entladungsverhalten hippokampaler Neurone
Publikationsjahr
2014
Umfangsangabe
78 S. : Ill., graf. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Axel Schmid
AC Nummer
AC12037168
Utheses ID
29151
Studienkennzahl
UA | 066 | 834 | |