Plastizitätsänderung in der lateralen Amygdala nach Kindling und Alkoholentzug

Abstract

Ziel der hier vorgestellten Studie war der Vergleich von Änderungen in basaler Transmission, Kurzzeitplastizität (Doppelpulsreizung) und Langzeitplastizität (Langzeitpotenzierung (LTP), Langzeitdepression (LTD)) im lateralen Kern der Amygdala (LA) bei verschiedenen Tiermodellen der Temporallappenepilepsie (Amygdalakindling/ Pilocarpin-Behandlung) bzw. Alkoholentzug. Die Wistarratten wurden durch die tägliche Applikation von kurzen elektrischen Reizen über eine implantierte Elektrode in der linken basolateralen Amygdala gekindelt, die resultierenden Krampfanfälle wurden nach Racine klassifiziert. Feld-EPSPs (extrazelluläre Ableitungen) oder EPSPs (intrazelluläre Ableitungen) wurden in horizontalen Hirnschnittpräparaten von gekindelten Ratten (48 Stunden nach dem letzten induzierten epileptischen Anfall), von implantierten und nicht implantierten Kontrollen im LA abgeleitet. Die Kindlingprozedur führte zu einer Art Sättigung der Potenzierung, d.h. die LTP wurde in Abhängigkeit von der vorangehenden Anfallsanzahl signifikant reduziert. Eine ähnliche Depression der LA-LTP wurde auch bei Pilocarpin-behandelten Tieren beobachtet, die spontane epileptische Anfälle vor den in-vitro Experimenten entwickelten. Obwohl die Erregbarkeit in der LA in den gekindelten Ratten erhöht war, wurde Kurzzeitplastizität nicht beeinflußt. Auch die meisten Zellparameter der Pyramiden-ähnlichen Neurone waren durch Kindling nicht verändert. Interessanterweise führten Paradigmen (Thetapuls- bzw. Niederfrequenzstimulus), die in den nicht implantierten Kontrollen eine LTD der synaptischen Aktivität im LA verursachten, in den gekindelten Ratten zu einer LTP. Somit kann geschlußfolgert werden, daß Kindling eine Form von Metaplastizität darstellt. Um Mechanismen der beobachteten pathologischen Neuroplastizität bei den gekindelten Tieren aufzuklären, wurde partiell die GABAerge Transmission blockiert (100 nM SR95531) oder die glutamaterge Transmission erhöht (2 µM ATPA). Die partielle Blockade von GABAA-Rezeptoren führte in den extrazellulären Ableitungen zu einer signifikanten Erhöhung der LA-LTP in allen Tiergruppen, wobei die Kindling-induzierte Hemmung der LTP nicht komplett aufgehoben wurde. Der spezifische Kainat-GluR5-Agonist ATPA induzierte eine schwächere amygdaläre LTP in den Kontrollen. Bei den gekindelten Tieren erhöhte ATPA die LA- LTP (intra- und extrazellulär) so stark, daß die Kindling-induzierten Plastizitätsänderungen in der Amygdala kompensiert wurden. In Pilocarpin-behandelten Tieren hatte ATPA keinen Einfluß auf die LA-LTP. Ratten, mit einen einmaligen bzw. mehrmaligen Alkoholentzug zeigten eine LA-LTP-Depression ähnlich wie sie in den gekindelten Tieren beobachtet wurde. Diese Daten korrelierten mit einer Hemmung der Fähigkeit zur konditionierten Assoziation zwischen sensorischen und aversiven unkonditionierten Reizen. Die LTP-Depression im LA, die bei Tieren nach Kindling/Alkoholentzug auftrat, könnte die elektrophysiologische Grundlage der Gedächtnisverschlechterungen sein, welche nach Kindling im Tierversuch oder bei Patienten mit Temorallappenepilepsie bzw. nach Entzug zu beobachten ist.

The aim of the present study was the comparison of changes in basal transmission, short term plasticity (paired pulse facilitation) and long-term plasticity (long-term potentiation (LTP), long-term depression (LTD)) in the lateral nucleus of the amygdala (LA) of different animal models of temporal lobe epilepsy (amygdala kindling and pilocarpine treatment) and alcohol withdrawal in rats. Rats were kindled through daily administration of brief electrical stimulations to the left basolateral nucleus of the amygdala, and resulting motor seizures were scored according to the Racine scale. Field EPSPs (extracellular recordings) or EPSPs (intracellular recordings) were recorded in the LA in horizontal slices derived from kindled rats 48 hours after the last induced seizure, and in slices from sham-implanted and non- implanted controls. Kindling produced some general saturation of potentiation since LTP in the LA was significantly reduced, the magnitude of which was dependent on the number of prior stage V seizures. A similar depression of LTP was also obtained in pilocarpine-treated animals which developed spontaneous seizures before the in-vitro experiments. Whereas in amygdala-kindled rats the excitability was increased in the amygdala, paired pulse facilitation was not influenced by the different treatments and most of the cell parameters of pyramidal-like neurons were unchanged in comparison to controls. Interestingly, stimulus paradigms (theta pulse stimulation or low frequency stimulation) which induced in non-implanted controls LTD of synaptic activity caused LTP in kindled rats. It can be concluded that kindling seems to represent a form of metaplasticity. To get a better insight in functional reasons of pathological neuroplasticity in kindled animals, we partially blocked the GABAergic transmission (SR 95531, 100 nM) or tried to enhance the glutamatergic transmission (ATPA, 2 µM). Partial blockade of GABAA receptors significantly facilitated the induction of LTP extracellularly recorded in all animal groups, but did not abolish the kindling-induced impairment of LTP completely. Whereas the specific kainate GluR5 agonist, ATPA, caused a weaker LTP in controls, it enhanced the magnitude of LTP (intracellularly and extracellularly recorded) in kindled animals. This enhancement of LTP could compensate for the kindling-induced plasticity changes in the amygdala. In pilocarpine-treated animals ATPA did not influence the magnitude of LTP. Rats which have undergone single or repeated alcohol withdrawal show a similar depression of LTP as demonstrated in kindled rats. These data correlated with an impairment of the ability to form conditioned associations between discrete stimuli and aversive unconditioned stimuli. This depression of LTP may be the electrophysiological basis for memory disturbances observed in animals after kindling or in patients with temporal lobe epilepsy and after alcohol withdrawal, respectively.