Reduzierte Krampfbereitschaft in chronisch epileptischem Gewebe

Abstract

Chronisch epileptisches Gewebe zeigt oftmals eine verringerte Empfindlichkeit gegenüber konvulsiven Substanzen. Ich habe nach Ursachen für diese erhöhte Krampfschwelle gesucht. Der neuronale Zellverlust in der Schicht III des medialen entorhinalen Cortex (MEC) wurde im Kainat - Modell für die mesiale Temporallappenepilepsie reproduziert. Nach Stimulation konnten in den oberflächlichen Schichten des MEC hochfrequente Potentiale registriert werden; diese Entladungen wurden durch Unterbrechung der glutamatergen Transmission blockiert. Im Gegensatz zu Kontrollgewebe hatte Bicucullin im Gewebe der epileptischen Tiere eine verringerte Wirkung auf die stimulationsinduzierten Feldpotentiale. Eine in situ Hybridisierung von GAD 65/67 zeigte eine konstante Zahl an Interneuronen in den Schichten II und III des MEC. 4-Aminopyridin (4-AP) induzierte im entorhinalen und perirhinalen Cortex im Gewebe der Kontrolltiere seizure like events (SLEs). Im Gegensatz hierzu konnten durch 4-AP in Gewebe chronisch epileptischer Tiere keine SLEs hervorgerufen werden. Real time PCR zeigte keine signifikante Herunterregulation der für 4-AP hochaffinen Kanäle im Subiculum, entorhinalen und perirhinalen Cortex von chronisch epileptischen Ratten. Die Expression der Kv3.4-Untereinheiten, welche erst im millimolaren Bereich durch 4-AP beeinflußt werden, war in diesen Regionen reduziert. Die Ergebnisse konnten durch immunzytochemische Antikörperfärbungen bestätigt werden. Elektrophysiologische in vitro Experimente mit Hirngewebe werden normalerweise in artefizieller zerebrospinaler Flüssigkeit durchgeführt, welche keine Aminosäuren enthält. Nach Substitution von Glutamin wurde im MEC chronisch epileptischer Ratten epileptiforme Aktivität beobachtet. In Präparaten von Kontrolltieren konnten diese Entladungen nicht registriert werden. Die Potentiale waren auf den MEC beschränkt, wurden durch einen AMPA / Kainat - Rezeptor Antagonisten attenuiert und durch Inhibition der neuronalen Glutaminaufnahme unterdrückt. Bicucullinmethiodid verstärkte die Entladungen. Die Übererregbarkeit der Neurone in Schicht II des MEC ist nicht durch einen Verlust der GABAergen Interneurone bedingt und resultiert möglicherweise in Alterationen der synaptischen Konnektivität innerhalb der oberflächlichen Schichten des MEC. Die Beobachtungen suggerieren Reorganisationsvorgänge im entorhinalen Cortex und Veränderungen der homeostatischen Plastizität, welche antikonvulsive Effekte aufweisen.

Electrographically recorded spontaneous interictal and ictal activity are characteristic signs of epilepsy in humans and animals. Spontaneous epileptiform discharges have been observed rarely in combined entorhinal cortex hippocampal slices from chronic epileptic animals, although hyperexcitability of superficial layer neurons in the entorhinal cortex (EC) has been demonstrated. We could demonstrate that hyperexcitability in superficial medial EC (MEC) neurons is not due to loss of GABAergic interneurons and probably results from alterations in synaptic connectivity within superficial MEC. We investigated the potential of 4-AP (50–100 μM) to induce seizure like events (SLEs). 4-AP failed to induce SLEs in slices from chronic epileptic kainate treted rats except for one slice from one rat. This animal displayed only minor cell loss in layer III of the entorhinal cortex, in contrast to the other epileptic rats for which layer III neuronal loss was extensive. 4-AP at 50–100 μM likely affects potassium channels containing Kv1.4, Kv1.5, Kv3.1 or Kv3.2 subunits. The expression of Kv3.4 – an A-tpe current, responding to 4-AP in mM range - was significantly reduced. Using sub-unit-specific antibodies, the real-time PCR findings were confirmed by immunocytochemistry. We suggest that after chronic epilepsy, reorganization in the entorhinal cortex is accompanied by adaptations in homeostatic plasticity with anticonvulsant consequences. Electrophysiological Experiments are usually performed in artificial cerebrospinal fluid (aCSF) kept free of amino acids. Therefore, the role of glutamine (GLN), remains unclear. We evaluate whether combined entorhinal cortex hippocampal slices from pilocarpine-treated epileptic rats recover the ability to generate recurrent epileptiform discharges when perfused with aCSF containing GLN. In combined entorhinal hippocampal slices from chronic epileptic animals, GLN induces glutamatergic recurrent epileptiform discharges via neuronal uptake in superficial layers of the MEC where inhibitory function seemed to be partially preserved.