Das Subikulum stellt den größten Ursprung efferenter Projektionen aus der hippokampalen Formation dar und fungiert so als Schnittstelle der Informationsverarbeitung zwischen dem Hippokampus und kortikalen sowie subkortikalen Strukturen. Bei den subikulären Pyramidenzellen lassen sich entsprechend ihres Entladungsverhaltens zwei Zelltypen unterscheiden. Sogenannte burstende Zellen feuern in Folge einer depolarisierenden Strominjektion zwei oder mehr Aktionspotentiale in kurzen zeitlichen Abständen, während regulär feuernde Zellen mit einem einzelnen Aktionspotential reagieren. Inwieweit es sich bei burstenden und regulär feuernden Zellen um zwei distinkte Zelltypen handelt, die sich - über das charakteristische Entladungsverhalten hinaus - in morphologischen und elektrophysiologischen Eigenschaften unterscheiden, ist nicht abschließend geklärt. Unterschiede zwischen burstenden und regulär feuernden Zellen konnten in der Vergangenheit unter anderem in Bezug auf die Mechanismen der NMDA-Rezeptor-abhängigen Langzeitpotenzierung an der CA1-Subikulum-Synapse nachgewiesen werden. Ob sich zwischen den beiden subikulären Pyramidenzelltypen Unterschiede in der Ausprägung von Kurzzeitplastizität zeigen, ist bisher nicht untersucht worden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Patch-Clamp-Technik genutzt, um das Entladungsverhalten von Pyramidenzellen in Hirnschnitten von Mäusen zu charakterisieren, Spontanaktivität abzuleiten sowie Ausprägungen der posttetanischen Potenzierung an der CA1-Subikulum- Synapse zu erfassen. Letzteres erfolgte in Anwesenheit verschiedener pharmakologischer NMDA-Rezeptor-Blocker, um eine Beteiligung spezifischer NMDA-Rezeptor-Subtypen zu untersuchen und Rückschlüsse auf deren prä- oder postsynaptische Lokalisation ziehen zu können. Einzelzellfärbungen wurden durchgeführt, um die dendritische Morphologie von burstenden und regulär feuernden Zellen zu untersuchen. Das Entladungsverhalten von insgesamt 369 subikulären Pyramidenzellen wurde erfasst, wobei 77,5% als burstende und 22,5% als regulär feuernde Zellen klassifiziert wurden. Zusammenfassend ließ sich feststellen, dass sich burstende und regulär feuernde Zellen in einigen, die aktiven und passiven Membraneigenschaften betreffenden Parametern, jedoch nicht in den erhobenen Parametern der dendritischen Morphologie oder der Spontanaktivität signifikant unterschieden. In Bezug auf die posttetanische Potenzierung als eine Form der Kurzzeitplastizität wurden keine Unterschiede zwischen den beiden Gruppen gefunden. Darüber hinaus hatte die pharmakologische Blockade von NMDA-Rezeptoren bei beiden Typen subikulärer Pyramidenzellen keinen Einfluss auf die Ausprägung der posttetanischen Potenzierung, führte jedoch zu einer relevanten Verminderung der synaptischen Transmission. Letzteres konnte in burstenden Zellen auf die Blockade postsynaptisch lokalisierter GluN2A- und GluN2B-Untereinheiten enthaltende NMDA-Rezeptor-Subtypen zurückgeführt werden. Diese Arbeit liefert eine umfassende Charakterisierung von subikulären Pyramidenzellen hinsichtlich ihrer elektrophysiologischen und morphologischen Eigenschaften. Des Weiteren zeigen die Ergebnisse, dass sich die posttetanische Potenzierung an der CA1-Subikulum- Synapse burstender und regulär feuernder Zellen nicht maßgeblich unterscheidet und dass diese spezifische Form der Kurzzeitplastizität unabhängig von einer Aktivierung prä- oder postsynaptischer NMDA-Rezeptoren ist.
The subiculum represents the largest origin of efferent projections from the hippocampal formation and thus acts as an interface of information processing between the hippocampus and cortical as well as subcortical structures. Among subicular pyramidal cells, two cell types can be distinguished according to their discharge behavior. As a result of depolarizing current injection bursting cells fire two or more action potentials at short temporal intervals, whereas regular firing cells respond with a single action potential. Whether bursting and regular firing cells are two distinct cell types differing in morphological and electrophysiological properties - beyond the characteristic discharge behavior - has not been conclusively determined. Differences between bursting and regular firing cells have been demonstrated in the past with respect to mechanisms of NMDA receptor dependent long-term potentiation at the CA1- subiculum synapse. However, differential expression of short-term plasticity in these two subicular pyramidal cell types has not yet been investigated. In this work the patch-clamp technique was used to characterize the discharge behavior of pyramidal cells in mouse brain slices and to record the spontaneous activity as well as the post- tetanic potentiation at CA1-subiculum synapses. The latter was done in the presence of various pharmacological NMDA receptor blockers to investigate specific NMDA receptor subtypes and to draw conclusions about their pre- or postsynaptic localization. Single cell stainings were performed to explore the dendritic morphology of both cell types. The discharge behavior of a total of 369 subicular pyramidal cells was recorded with 77,5% classified as bursting and 22,5% as regular firing cells. In summary, bursting und regular firing cells differed significantly in some parameters related to membrane properties, but not in dendritic morphology or spontaneous activity. With respect to post-tetanic potentiation as a phenomenon of short-term plasticity, no differences were found between the groups. Furthermore, pharmacological blockade of NMDA receptors in both types of subicular pyramidal cells had no effect on the expression of post-tetanic potentiation but led to a relevant reduction in synaptic transmission. In bursting cells this was most likely due to blockade of postsynaptically localized GluN2A- and GluN2B-subunit-containing NMDA receptor subtypes. This work provides a comprehensive characterization of subicular pyramidal cells in terms of their electrophysiological and morphological properties. Moreover, the results indicate that there is no difference between bursting and regular firing cells in the post-tetanic potentiation at the CA1-subiculum synapse and that this specific form of short-term plasticity is independent of pre- or postsynaptic NMDA receptor activation.
