Neurotrophinerge Wirkung auf die postnatale Umkehr der GABA-Wirkung

Abstract

Die schnelle postsynaptische Hemmung durch GABA führt zumeist zu Chlorideinstrom durch den anionenselektiven GABAA-Kanal und dadurch zu Hyperpolarisation. Hyperpolarisation tritt jedoch nur auf, wenn die intrazelluläre Chloridkonzentration durch den neuronalen K-Cl-Cotransporter KCC2 unter das Gleichgewichtspotential erniedrigt wird, so dass eine Triebkraft für Chlorideinstrom besteht. Da dieser Transporter aber erst im Laufe der Entwicklung auftritt, bewirkt GABA bei Säugern zunächst noch eine Depolarisation. Dieser depolarisierenden GABA Wirkung wird eine wichtige Rolle in der Synaptogenese zugeschrieben. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss des chronischen Fehlens des Neurotrophins BDNF auf die entwicklungsabhängige Regulation von KCC2 untersucht, die bisher kontrovers diskutiert wurde. Neuronale GABAA-Rezeptor-Aktivität wurde in akuten Schnittpräparaten der spätembryonalen und früh postnatalen SGS des Colliculus superior charakterisiert und in Präparationen von Wildtyp- (bdnf+/+) und BDNF- defizienten (bdnf-/-) Mäusen verglichen. Ganzzell oder Gramicidin peforierte Patch-Ableitungen und Kalziumfluoreszenz-Messungen wurden durchgeführt, um Membranpotentiale, Umkehrpotentiale der GABA-induzierten Ströme(E(GABA)), beziehungsweise GABA-induzierte Kalziumsignale zu messen. Exogen appliziertes GABA war in der Lage, Neurone des Wildtyps bis zum postnatalen Tag (P) 1 zu depolarisieren. Zum Zeitpunkt P2 zeigten bdnf+/+- und bdnf-/--Neurone einen signifkanten Unterschied in E(GABA) , mit positiveren Werten in bdnf-/--Mäusen. Das chronische Fehlen von BDNF verzögerte den Verlust der depolarisierenden GABA-Wirkung. Zwischen P1 und P3 zeigten die GABA- induzierten Kalziumfluoreszenzsignale in bdnf-/--Mäusen höhere Amplituden. In jedem getesteten Alter (von P0 bis P8), fehlte den Neuronen des Wildtyps mRNA des Cl- Transporters NKCC1, wogegen mRNA für KCC2 immer vorhanden war. Es zeigte sich, dass der Verlust der depolarisierenden GABA-Wirkung zum Zeitpunkt P2 in der bdnf+/+-Präparation mit einem Anstieg der KCC2-Immunoreaktivität in der Plasmamembran assoziiert war. Im Gegensatz dazu zeigten bdnf-/--Neurone ein mehr diffuses KCC2-Verteilungsmuster über das gesamte Cytosol. Als Schlussfolgerung beschleunigt das Vorhandensein von BDNF das Verschwinden der depolarisierenden GABA-Wirkung über eine Stimulation der KCC2-Insertion in die neuronale Plasmamembran. Das Fehlen von BDNF verlängert somit das Zeitfenster, in dem GABA depolarisierend wirkt.

The depolarising action of the neurotransmitter GABA enables a route for local Ca2+ entry into immature neurons and therefore plays an important role in neuronal maturation. We have characterised neuronal GABAA receptor activity in slices comprising the superficial gray layer of the late embryonic and early postnatal mouse superior colliculus and compared wild type (bdnf+/+) and BDNF- deficient (bdnf-/-) preparations. Whole-cell or gramicidin-perforated patch recordings and Ca2+ imaging experiments were performed to estimate membrane potentials, reversal potentials for GABA-induced currents (E(GABA)) and GABA- induced Ca2+ elevations, respectively. In wild type collicular neurons GABA was depolarising until postnatal day (P) 1. At P2 bdnf+/+ and bdnf-/- neurons displayed significantly different values of E(GABA), the latter being more positive in bdnf-/-. The chronic absence of BDNF delayed the loss of depolarising responses to GABA. Between P1 and P3 the GABA-induced Ca2+ transients were bigger in bdnf-/- mice. At any age tested (from P0 till P8), wild-type collicular cells lacked the Cl- transporter NKCC1 mRNA, but expressed mRNA for KCC2. However, the loss of depolarising GABA action at P2 in the bdnf+/+ preparation was associated with an increase in KCC2 immunoreactivity in the plasma membrane. In contrast, bdnf-/- neurons showed a more diffuse KCC2 distribution throughout the cytosol. Thus, the presence of BDNF accelerates the loss of depolarising responses to GABA by contributing to the insertion of KCC2 into the neuronal plasma membrane. A disturbance of this process will prolong the time window during which GABA can act as a depolarising neurotransmitter.