dc.contributor.author
Shor, Oded Lipa
dc.date.accessioned
2018-06-07T16:43:36Z
dc.date.available
2011-06-01T10:33:36.026Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/2942
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-7143
dc.description
Summary 2 Introduction 4 Memory as a concept 4 Learning 4 Neural plasticity 5
Short term synaptic plasticity 5 Memory and plasticity 6 Criteria for
Plasticity as a mechanism of memory 7 Long term potentiation 9 Long term
depression 10 Hippocampus anatomy 10 Dentate gyrus 11 Hippocampus proper 13
Subicular complex 14 Subiculum and memory 15 The two stage model of memory
formation 16 Synaptic plasticity at the CA1–subiculum synapse 18 Previous work
of the group 20 Goals 21 Hypothesis 21 Materials and Methods 22 Slice
preparation 22 Electrophysiology 22 Drugs 24 Results 25 Electrical
characterization of subicular pyramidal cells 25 Low-frequency stimulation
results in LTD in Burst firing cells and late-onset LTP in regular firing
cells 28 Plasticity does not depend on membrane potential at the soma 32 LFS-
induced LTP and LTD are co-expressed in subicular burst firing and regular
firing Cells 35 LFS-induced LTP and LTD in subicular burst firing and regular
firing cells depends on postsynaptic calcium 40 LFS induced synaptic
plasticity is muscarinic acetylcholine receptors dependent 43 Voltage gated
calcium channels (VGCC) play a modulatory function in the bi-directional
synaptic plasticity 44 Discussion 48 Reference List 59 Acknowlegements 77 List
dc.description.abstract
It is commonly accepted that the hippocampus is critically involved in the
explicit memory formation of mammals. The subiculum is the principal target of
CA1 pyramidal cells and thus serves as the major relay station for the
outgoing hippocampal information. Pyramidal cells in the subiculum can be
classified according to their firing properties into burst-spiking and
regular-spiking cells. In the present study we demonstrate that burst-spiking
and regular-spiking cells show fundamentally different forms of low frequency-
induced synaptic plasticity in rats. In burst-spiking cells, low-frequency
stimulation (at 0.5-5 Hz) induces frequency-dependent long-term depression
(LTD) with a maximum at 1 Hz. This LTD is dependent on the activation of NMDAR
and masks an mGluR- dependent long-term potentiation (LTP). In contrast, in
regular-spiking cells low-frequency stimulation induces an mGluR-dependent LTP
that masks an NMDAR-dependent LTD. Both processes depend on postsynaptic
Ca2+-signaling as BAPTA prevents the induction of synaptic plasticity in both
cell types. Thus, mGluR-dependent LTP and NMDAR-dependent LTD occur
simultaneously at CA1-subiculum synapses and the predominant direction of
synaptic plasticity relies on the cell type investigated. Our data indicate a
novel mechanism for the sliding-threshold model of synaptic plasticity, in
which induction of LTP and LTD seems to be driven by the relative activation
state of NMDAR and mGluR. further more we give evidence that this
bidirectional plasticity relies upon the co-activation of muscarinic
acetylcholine receptors, as scopolamine blocks synaptic plasticity in both
cell types. In addition, we demonstrate that the L-type calcium channel
inhibitor nifedipine converts LTD to LTP in burst-spiking cells and LTP to LTD
in regular-spiking cells, indicating that the polarity of synaptic plasticity
is modulated by voltage-gated calcium channels. Bidirectional synaptic
plasticity in subicular cells therefore appears to be governed by a complex
signaling system, involving cell-specific recruitment of ligand and voltage-
gated ion channels as well as metabotropic receptors. This complex regulation
might be necessary for fine-tuning of synaptic efficacy at hippocampal output
synapses. Our observation that the direction of synaptic plasticity correlates
with the discharge properties of the postsynaptic cell reveals a novel and
intriguing mechanism of target specificity that may serve in tuning the
significance of neuronal information by trafficking hippocampal output onto
either subicular burst-spiking or regular-spiking cells.
de
dc.description.abstract
Es ist generell akzeptiert, dass der Hippocampus entscheidend an der
Gedächtnisgenerierung von Säugetieren mitwirkt. Das Subiculum ist das
Hauptziel von CA1-Pyramidenzellen und dient somit als ein Relais für abgehende
Informationen des Hippocampus. Pyramidenzellen im Subiculum können anhand
ihrer Aktivitätsrate als explosionsartig aktionspotentialbildend (burst-
spiking) bzw. als regulär aktionspotentialbildend (regular-spiking)
klassifiziert werden. In der gegenwärtigen Studie demonstrieren wir, dass
burst-spiking- und regular-spiking-Zellen bei Ratten prinzipiell zu
unterscheidende Formen von durch Niedrig-Frequenz induzierter synaptischer
Plastizität zeigen. In burst-spiking-Zellen induziert Niedrig-Frequenz-
Stimulation (bei 0,5-5Hz) eine frequenzabhängige Langzeitdepression (LTD) mit
einem Maximum bei 1Hz. Diese LTD ist von der Aktivierung der NMDA-Rezeptoren
abhängig und überlagert eine mGlu-Rezeptor-abhängige
Langzeitpotenzierung(LTP). Im Gegensatz hierzu wird in regular-spiking-Zellen
durch eine Niedrig-Frequenz-Stimulation eine mGlu-Rezeptor-abhängige LTP
induziert, die eine NMDA-Rezeptor abhängige LTD überlagert. Beide Prozesse
basieren auf einem postsynaptisch ablaufendem Ca2+-Signal, da BAPTA die
Induktion von synaptischer Plastizität in beiden Zelltypen unterbindet
Folglich finden mGlu-Rezeptor-abhängige LTP und NMDA-Rezepor-abhängige LTD in
CA1-Subiculum Zellen simultan statt. Die vorherrschende Ausrichtung
synaptischer Plastizität hängt vom untersuchten Zelltyp ab. Unsere Daten geben
einen neuen Mechanismus für das sliding-threshold-Modell synaptischer
Plastizität zu erkennen, in welchem die LTP- und LTD-Induktion von dem
relativen Aktivierungsstatus des NMDA- und des mGlu-Rezeptors angestoßen wird.
Des Weiteren können wir belegen, dass die oben genannte bidirektionale
Plastizität von der Koaktivierung muskarinerger Acetylcholin-Rezeptoren
abhängt, da Scopalamin synaptische Plastizität beider Zelltypen blockiert.
Zusätzlich demonstrieren wir, dass der L-Typ-Calcium-Kanalblocker Nifedipine
in burst-spiking-Zellen LTD zu LTP, in regular-spiking-Zellen LTP zu LTD
konvertiert und dass somit die Polarität synaptischer Plastizität von
spannungsgesteuerten Calcium-Kanälen moduliert wird. In Zellen des Subiculums
scheint die bidirektionale synaptische Plastizität somit von einem komplexen
Signalordnungssystem reguliert zu werden, welches zellspezifische Rekrutierung
sowohl von liganden- als auch von spannungsgesteuerten Ionen-Kanälen
involviert. Diese komplexe Regulierung könnte an hippocampalen
Datenausgangssynapsen zur Feineinstellung von synaptischer Wirkkraft notwendig
sein. Unsere Beobachtung der Korrelation von der Ausrichtung synaptischer
Plastizität mit den Entladungscharakteristiken von postsynaptischen Zellen
enthüllen einen neuen und gleichzeitig verblüffenden Mechanismus der
Zielgenauigkeit, der dazu dienen könnte, die Signifikanz summary neuronaler
Informationen zu justieren, indem man hippocampalen Datenausgang entweder auf
burst-spiking- oder regular-spiking-Zellen des Subiculums lenkt.
de
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik
dc.title
Target-cell-specific bidirectional synaptic plasticity at the CA1-subiculum
synapse
dc.contributor.contact
shor.oded@gmail.com
dc.contributor.firstReferee
PD Dr. med. Joachim Behr
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Stephan Sigrist
dc.date.accepted
2011-01-13
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000022658-0
dc.title.translated
Zielzellspezifische, bidirektionale synaptische Plastizität an der CA1-Synapse
des Subiculums.
de
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000022658
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000009526
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access