Pathologische Veränderungen in der Balance zwischen Inhibition und Exzitation im Hippocampus chronisch epileptischer Ratten

Abstract

In dieser Arbeit wurde nach Veränderungen in der Balance zwischen Inhibition und Exzitation im chronisch epileptischen Gewebe von Ratten gesucht. Als Epilepsie-Modell wurde das Pilocarpin-Modell für Temporallappenepilepsie verwendet. Die Arbeit bestand aus zwei Teilen. Zuerst wurde die Hypothese überprüft, wonach es im epileptischen Gewebe zu einer pathologisch veränderten Funktion des GABA-Transports kommen könnte, mit Folgen für die phasische und tonische GABAerge Inhibition. An CA1-Pyramidenzellen und Körnerzellen des Gyrus dentatus wurden Ganzzellableitungen durchgeführt und pharmakologisch isolierte, GABAA-Rezeptor vermittelte Chloridströme gemessen. Anschließend wurde jeweils der dominierende GABA-Transporter GAT-1 mit Tiagabin blockiert. Eine pathologische Veränderung der Kontrolle der extrazellulären GABA- Konzentration konnte in der hier vorgestellten Arbeit nicht bestätigt werden. Sowohl die phasische als auch die tonische Komponente der GABAergen Inhibition erwiesen sich im epileptischen Gewebe unverändert im Vergleich zum Kontrollgewebe. Somit wurde für das epileptische Gewebe keine veränderte Effizienz in der GABA-Transport-Funktion und, in Zusammenhang mit GAT-1, keine pathologische Veränderung der Inhibition gefunden.

Im zweiten Teil der Arbeit wurden nicht-rekurrent mit exzitatorischen Neuronen verbundene Interneurone untersucht. Eine veränderte Inhibition in pathologischen neuronalen Netzwerken wird als Ursache für die Hyperexzitabilität von Nervengewebe während epileptischer Anfälle diskutiert. In der hier vorgestellten Arbeit wurden CA1-Interneurone aus der Grenzschicht zwischen Stratum radiatum und Stratum lacunosum moleculare (SRL-Interneurone) elektrophysiologisch und morphologisch charakterisiert. Tatsächlich zeigten SRL-Interneurone aus epileptischem Gewebe eine signifikant verringerte Frequenz in ihrer inhibitorischen Innervation. Die exzitatorische Innervation der SRL-Interneurone zeigte weder in der Frequenz noch in der Amplitude einen Unterschied zwischen beiden Testgruppen. In Übereinstimmung mit der verminderten inhibitorischen Innervation wurde eine Verdopplung der AP- Frequenz in SRL-Interneuronen aus epileptischem Gewebe festgestellt. Die Kinetik der IPSP`s war zwischen beiden Testgruppen unverändert. Zusammen mit der ebenfalls verminderten mIPSP-Frequenz sprechen die Befunde gegen eine postsynaptische Ursache der Verminderung der inhibitorischen Innervation in SRL-Interneuronen aus epileptischem Gewebe. Eine mögliche präsynaptische Ursache der verringerten inhibitorischen Innervation der SRL-Interneurone im epileptischen Gewebe könnte im selektiven Absterben afferenter Interneurone liegen. Eine signifikante Veränderung der dendritischen Verzeigungsmuster von SRL-Interneuronen wurde in der vorliegenden Arbeit durch morphologische Untersuchungen gefunden. SRL-Interneurone aus epileptischem Gewebe wiesen signifikant mehr dendritische Verzweigungen und eine veränderte Orientierung auf.

In this study alterations in the balance between inhibtion and exzitation in chroinic epileptic tissue from rats were investigated. The pilocarpine model was used as a model for temporal lobe epilepsy. The study contained two parts. First, the hypothesis of an altered function of GABA-transport in epileptic tissue was examined with respect to its consequences for phasic and tonic GABAergic inhibition, respectively. Whole-cell patch-clamp recordings were performed in CA1 pyramidal cells and dentate gyrus granule cells and pharmacological isolated, GABAA-receptor dependent chloride currents were measured. Subsequently the dominant GABA-transporter GAT-1 was blocked by tiagabin. In this study a pathological change in the control of extracellular GABA-concentration could not be confirmed. The phasic as well as the tonic component of GABAergic inhibition turned out to be unchanged in epileptic tissue as compared to control tissue. Hence, the study revealed no hints towards a functionally impaired GABA uptake system in chronic temporal lobe epilepsy.

In the second part of the study alterations in the network integration of inhibitory interneurons in epileptic tissue were investigated. Recordings were performed from putative GABAergic neurons in stratum radiatum which are not involved in recurrent inhibitory loops in CA1 (feedforward inhibitory neurons). In order to search for pathological alterations in inhibitory circuitry, CA1 interneurons at the border between stratum radiatum und stratum lacunosum moleculare (SRL-interneurons) were characterized electrophysiologically and morphologically. SRL-interneurons from epileptic tissue showed a significant decrease in the frequency of spontaneous and miniature inhibitory currents. The excitatory synaptic activity was unaltered in pilocarpin-treated animals. These alterations may explain the increased excitability of the cells observed in recordings of spontaneous action potentials. The kinetics of the IPSCs remained unchanged between both tested groups of animals. Together with the drecreased mIPSC-frequency, this findings points towards a decresed inhibitory innervation of SRL-interneurons in epileptic tissue. A possible reason for the diminished inhibitory innervation might be a selective cell-death of afferent interneurons in epileptic tissue. Pathological cell-death is a major sympton in the pilocarpine-model, and was confirmed in this study by estimated cell-counting. Cell-death in epileptic tissue is often accompanied by sprouting prozesses. In this study a singnificant alteration in the dendritic branching patterns of SRL- interneurons was detected by morhological investigation. SRL-interneurons from epileptic tissue showed more dendritic branching and the dendric orientation changed to a horizontal domination.