Kurzfassung

Das menschliche Gehirn muss täglich eine Vielzahl von komplexen Aufgaben
erfüllen. Hierbei spielen Lern- und Gedächtnisprozesse eine wichtige
Rolle. Auf zellulärer Ebene basieren diese Prozesse vor allem auf
Modifikationen der synaptischen Nervenzellverbindungen, an denen eine
Vielzahl von Mechanismen beteiligt sind. Das zur Zeit best-untersuchte
zelluläre Modell für Lern- und Gedächtnisvorgänge ist die sogenannte
synaptische Langzeitpotenzierung (LTP), die von Bliss & Lomo (1973)
erstmals im...Das menschliche Gehirn muss täglich eine Vielzahl von komplexen Aufgaben
erfüllen. Hierbei spielen Lern- und Gedächtnisprozesse eine wichtige
Rolle. Auf zellulärer Ebene basieren diese Prozesse vor allem auf
Modifikationen der synaptischen Nervenzellverbindungen, an denen eine
Vielzahl von Mechanismen beteiligt sind. Das zur Zeit best-untersuchte
zelluläre Modell für Lern- und Gedächtnisvorgänge ist die sogenannte
synaptische Langzeitpotenzierung (LTP), die von Bliss & Lomo (1973)
erstmals im Hippokampus gezeigt wurde. Sie beschreibt eine Veränderung
in der Stärke der synaptischen Signalübertragung, die mit einer
spezifischen Verhaltensänderung assoziiert ist (Antonov et al. 2003). Viele
Untersuchungen belegen, dass der Stickoxid-(NO)-Guanylyl-
Zyklase-(GC)-cGMP-vermittelten Signalkaskade eine wichtige Bedeutung für
die Ausbildung einer solchen LTP zukommt (Bon et al. 2003). Hierbei wird
vor allem die wichtige Rolle des NO als retrograder Messenger in der
hippokampalen Gehirnregion diskutiert (O’Dell et al. 1991). Im Rahmen
meiner Dissertation konnte ich bereits zeigen, dass innerhalb dieser
Signalkaskade einem spezifischen Enzym (cGMP-bildende Guanylyl-Cyclase,
(GC) als NO-Rezeptor eine Schlüsselrolle für die LTP-Induktion zukommt
(Taqatqeh et al. 2009). Das Enzym (NO-
GC) wird in 2 Isoformen gebildet und unterscheidet sich möglicherweise
in seiner zellulären Lokalisation und Funktion. Bisher ist fast nichts
zur spezifischen Funktion der beiden Isoformen der NO-GC für synaptische
Übertragungs- sowie für Lern- und Gedächtnisprozesse bekannt. Die im
vorliegenden Antrag geplanten Experimente zur Funktion der NO-GC
Isoformen können damit wichtige neue Informationen liefern über die
zellulären Mechanismen der Informationsverarbeitung im Gehirn. Mit Hilfe
von 2 etablierten Tiermodellen (knock-out Mäuse), bei denen jeweils eine
Isoform der NO-GC ausgeschaltet ist, soll die spezifische prä- und
post-synaptische Funktion der NO-GC an glutamatergen Synapsen untersucht
werden. Eigene und andere Vorarbeiten aus der AG Prof. Mittmann
(seit April 2010 W2-Professor am Institut für Physiologie und
Pathophysiologie) zeigen an Hirnschnitten des Hippokampus und des
visuellen Kortex, dass (i) beide NO-Rezeptorformen für die Ausbildung
einer LTP notwendig sind (Taqatqeh et al. 2009; Haghikia et al. 2006)
und (ii) dass in Abwesenheit der NO-GC1 Isoform (NO-GC1) prädominant die
präsynaptische Glutamatfreisetzung verändert ist (Taqatqeh et al 2009).
Somit lässt sich vermuten, dass die NO-GC1 eine spezifisch
präsynaptische Funktion haben muss. Weil eine veränderte Dynamik in der
präsynaptischen Neurotransmitterfreisetzung die Ausbildung von LTP
maßgeblich beeinflusst, plane ich dieses nun möglichst bald genau zu
untersuchen. Die Untersuchung ist jedoch mit der von mir bisher
verwendeten elektrophysiologischen Patch-Clamp Methode schwer
durchzuführen, weshalb ich hier eine hochsensitive Fluoreszenzkamera
beantrage, mit der nach Injektion eines Vesikel-sensitiven
Fluoreszenzfarbstoffes spezifisch an präsynaptischen Neuronen die
Transmitterfreisetzungseffizienz und -geschwindigkeit optisch
detailliert darstellen kann. Bei gleichzeitiger Zugabe pharmakologischer
Substanzen lassen sich so die zellulären Mechanismen dieser verändertem
präsynaptischen Transmitterfreisetzung genau aufklären. Da solche
Prozesse auch immer abhängig von der intrazellulären
Kalziumkonzentration sind, soll ein weiterer Schwerpunkt auf
Fluoreszenzuntersuchungen zur lokalen Kalziumaktivität an den Dendriten
der Neurone liegen. Die geplanten Experimente können neue und wichtige
Informationen darüber liefern, über welche zellulären Mechanismen die
NO/cGMP Signalkaskade die synaptische Transmission verändert, und damit
Lern- und
Gedächtnisvorgänge beeinflusst. Zudem kann diese Methode eine
Schlüsseltechnik im
neurowisschenschaftlichen Schwerpunkt an der UM Mainz und bei der
Einwerbung von
Gruppenförderinstrumenten (Prof. Mittmann ist an der Neuro-SFB
Initiative der UM beteiligt) erfüllen.» weiterlesen» einklappen