Die Verteilung von Spermidinsynthase im Rattenhirn

Abstract

Die ubiquitären Polyamine Spermidin und Spermin können im Gehirn die Erregbarkeit von Neuronen und Gliazellen beeinflussen, indem sie unter anderem mit einwärts gleichrichtenden Kaliumkanälen und verschiedenen Glutamatrezeptoren interagieren. Spermidin und Spermin sind immunologisch nicht unterscheidbar und wurden in Astrozyten sowie einigen Typen von Neuronen nachgewiesen. Eine Umverteilung von Spermidin und Spermin nach ihrer Synthese ist möglich und gilt nach dem derzeitigen Kenntnisstand als wahrscheinlich. Das Wissen um die Lokalisation der Polyaminsyntheseenzyme könnte einen wichtigen Beitrag zum besseren Verständnis physiologischer und pathophysiologischer Zusammenhänge liefern, an denen Spermidin und Spermin beteiligt sind. Zur Untersuchung der Spermidinsynthaseverteilung wurde polyklonales Anti-Spermidinsynthase-Serum gereinigt und biochemisch charakterisiert. Der so gewonnene, monospezifische Antikörper markierte im Western Blot rekombinante Spermidinsynthase sowie das native Protein in der Prostata und dem Hypothalamus. Als Positivkontrolle für die immunzytochemischen Analysen diente Prostatagewebe, dass für seinen hohen Polyamingehalt bekannt ist. Im Gehirn der Ratte zeigte sich eine sehr heterogene, vorwiegend neuronale Spermidinsynthaseexpression. Zusätzlich war das Enzym aber auch im Neuropil verschiedener Areale deutlich nachweisbar. Neben den paraventrikulären und supraoptischen Hypothalamuskernen, für die bereits zuvor ein hoher Polyamingehalt beschrieben worden war, konnten weitere Areale mit Spermidinsynthaseexpression identifiziert werden. Hierzu zählen das Striatum, der Nucleus accumbens, die Lamina I des zerebralen Kortex sowie der zerebelläre Kortex. Das Expressionsmuster der Spermidinsynthase im Nucleus accumbens scheint auf eine dem Striatum analoge „Patch-Matrix“-Organisation hinzudeuten. Im Kleinhirn haben sich, neben einer ausgeprägten synaptischen Spermidinsynthaselokalisation, auch deutliche Anhaltspunkte für eine funktionelle Bedeutung von Spermidin in diesem Areal ergeben.

The ubiquitous polyamines spermidine and spermine are known to influence neuronal and glial excitability by modulating glutamate receptors and inwardly rectifying potassium channels. Spermidine and spermine, which cannot be discriminated immunocytochemically, were previously observed in astrocytes and some types of neurons. Following synthesis, a re-distribution of spermidine and spermine is likely to occur. Therefore, the localization of polyamine synthesizing enzymes may help to improve our understanding of the involvement of spermidine and spermine in physiological and pathophysiological conditions. In order to analyze the distribution of spermidine synthase in rat brain, we purified and biochemically characterized a polyclonal anti-spermidine synthase serum. In western blotting, the resulting monospecific antibody clearly displayed recombinant bacterial spermidine synthase as well as the endogenous protein in rat prostate and hypothalamus. The known high polyamine content in rat prostate served as a positive control for the immunocytochemical investigations. In rat brain, a heterogenous, predominantly neuronal spermidine synthase expression was observed. Additionally, the enzyme was clearly detectable in different neuropil areas. In addition to those areas already known to contain high amounts of polyamines like the hypothalamic supraoptic and paraventricular nucleus, further areas displaying spermidine synthase expression were identified. These areas include the striatum, the nucleus accumbens , lamina I of the cerebral cortex and the cerebellar cortex. The heterogeneous spermidine synthase expression pattern observed in the nucleus accumbens was similar like the pattern observed in the striatum, thus suggesting a similar patch/ matrix organization. In the cerebellum, a strong synaptic spermidine synthase expression is in line with functional data clearly supporting the involvement of spermidine in this area.