Die geschlechtsspezifische Bedeutung von Isoformen der NO-Synthase für die Ang-(1-7) modifizierte Langzeitpotenzierung in der lateralen Amygdala

Abstract

Der laterale Kern der Amygdala (LA) ist als Bestandteil des limbischen Systems von zentraler Bedeutung für die Furchtkonditionierung, für die Steuerung von emotionalem und furchtrelevantem Verhalten sowie für die assoziative Kopplung und Konsolidierung des jeweiligen Gedächtnisinhaltes im Rahmen des emotionalen Kontexts. Die Voraussetzung für die Beschreibung und Analyse dieser synaptischen Plastizität in der LA schafft das anerkannte experimentelle Modell der Langzeitpotenzierung (LTP). Relativ neu ist die Erkenntnis, dass Angiotensine neben ihren substanziellen Aufgaben für den Elektrolythaushalt und die Blutdrucksteuerung auch eine bedeutende Rolle für Lern- und Gedächtnisprozesse spielen, wobei hierfür die Amygdala die zentrale Schnittstelle und Verarbeitungsstruktur repräsentiert. So konnten wir zeigen, dass Angiotensin-(1-7) [Ang-(1-7)] die Amplitude der Langzeitpotenzierung im lateralen Kern der Amygdala (LA-LTP) signifikant über die Aktivierung des Mas- Rezeptors erhöht. Dabei scheint Stickstoffmonoxid (NO) der entscheidende retrograde Messenger dieser Ang-(1-7)-vermittelten neuronalen Plastizität zu sein, wobei die Rolle der unterschiedlichen NO-Synthase Isoformen, darunter die endotheliale (eNOS) und die neuronale (nNOS) NO-Synthase, für die Etablierung einer LA-LTP nicht abschließend geklärt ist. Es existiert unseres Wissens kein Diskurs über geschlechtsspezifische Unterschiede in dem genannten Forschungsfeld. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von Ang-(1-7), NOs, der eNOS sowie der nNOS auf die LA-LTP erstmalig auch unter dem Aspekt der Geschlechtsspezifität durch die Messung extrazellulärer Feldpotenzialamplituden nach Hochfrequenzreizung (HFS) der externen Kapsel (EC) an 400 µm dicken horizontalen Schnittpräparaten adulter weiblicher und männlicher Wildtyp-, eNOS-Knockout- und nNOS-Knockout-Mäuse sowohl ohne pharmakologische Intervention als auch unter Applikation von Ang-(1-7) und unter Einfluss des unspezifischen NO-Synthase-Inhibitors L-NAME untersucht. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen eine deutliche NO-Abhängigkeit der LA-LTP, da L-NAME die LA-LTP signifikant reduzierte. Des Weiteren zeigte sich eine signifikante Amplitudenminderung der LA-LTP in weiblichen als auch männlichen eNOS- und nNOS-Knockout-Stämmen. Bezüglich der enzymatischen Lokalisation der NO-Synthese gelang es uns erstmalig eine geschlechtsspezifische Aktivierung von Isoformen der NO-Synthase für die Ang-(1-7) modifizierte Langzeitpotenzierung im lateralen Kern der Amygdala aufzuzeigen. Während Ang-(1-7) bei männlichen eNOS-Knockout-Mäusen eine signifikante Steigerung der LA-LTP induzierte, blieb dieser LTP-Fazilitierungseffekt von Ang-(1-7) bei weiblichen eNOS-Knockout-Mäusen aus. Entsprechend lässt sich schlussfolgern, dass die LTP-potenzierenden Effekte von Ang-(1-7) beim weiblichen Geschlecht über die eNOS vermittelt werden. Andererseits ließ sich bei weiblichen nNOS- Knockout-Mäusen eine deutliche Ang-(1-7)-vermittelte Stärkung der LA-LTP nachweisen, während dieser LTP-Fazilitierungseffekt von Ang-(1-7) in der männlichen nNOS-Knockout-Reihe wiederum ausblieb. Folglich werden die LTP- potenzierenden Effekte von Ang-(1-7) beim männlichen Geschlecht über die nNOS vermittelt. Dieser Geschlechtsdimorphismus für Ang-(1-7) im LA lässt sich am ehesten als ein Resultat eines mehrere molekulare Ebenen umfassenden, multifaktoriellen Sexualhormeinflusses verstehen.

The lateral nucleus of the amygdala (LA) as a part of the limbic system plays a central role in fear conditioning, in the regulation of emotional and fear concerning behavior as well as in coupling a distinct memory content with the associative emotion during memory formation. The experimental model of long- term potentiation (LTP) represents a great instrument for describing and analyzing changes in synaptic plasticity. Apart from maintaining electrolyte balance and blood pressure control angiotensins act on and through the amygdala seem to modulate cognition and learning mechanisms. Recently, we showed that angiotensin-(1-7) (Ang-(1-7)) enhances the magnitude of LTP in the LA (LA-LTP) via the Mas receptor. Nitric oxide (NO) seems to be the essential retrograde messenger mediating the Ang-(1-7) effect on neuronal plasticity, whereas the role of the different isoforms of nitric oxide synthase (NOS), respectively the entdothelial (eNOS) and the neuronal NO synthase (nNOS), is yet to be clarified regarding LA-LTP. To the best of our knowledge, no studies have evaluated sex-dependent differences in the action of Ang-(1–7) and the involvement of NO in plasticity changes in the amygdala. In the present study the influence of Ang-(1-7), NO, eNOS and nNOS on LA-LTP has been assessed for the first time from a gender perspective. Extracellular field potentials were measured in the LA of 400 µm brain slices of adult wild-typ mice as well as nNOS (nNOS–/–) and eNOS (eNOS–/–) knockout mice after high frequency stimulation (HFS) delivered via the external capsule (EC). LA-LTP induced by stimulation of the EC was NO-dependent because the NOS inhibitor L-NAME reduced LA-LTP. The LA-LTP was also reduced in both male and female nNOS–/– and eNOS–/–. In male eNOS–/– mice, Ang-(1–7) enhanced LA-LTP, whereas the LTP- enhancing effect of Ang-(1–7) was missing in female eNOS–/– mice. Therefore, the LTP-enhancing effect of Ang-(1–7) was mediated by eNOS in females. In contrast, Ang-(1–7) strongly enhanced the LTP in nNOS–/– females, whereas the effect of Ang-(1–7) was missing in nNOS–/– males. Thus, Ang-(1–7) induced an increase in the magnitude of LTP via the involvement of nNOS in males. Our data support not only the hypothesis that NO contributes to plasticity changes in the LA, but also show for the first time a gender-dependent involvement of different isoforms of NOS in the mediation of Ang-(1–7) on LA-LTP.