Effekte der Blockade des NMDA-Rezeptors auf die adulte hippocampale Neurogenese

Abstract

Die Effekte von MK801 auf die Neurogenese im Gyrus dentatus des Hippocampus sind bisher nicht im Detail geklärt und weitgehend unklar. Wir haben in unserem Experiment versucht, diesen Effekt in einem Zeitreihenexperiment detailliert, der Taxonomie von Kempermann et al. folgend, zu beschreiben. Des Weiteren haben wir untersucht, inwieweit sich der Effekt von MK801 auf die Neurogenese einerseits durch die Aktivierung des gabaergen Systems (durch Applikation des GABA-Synergisten Diazepam) und andererseits durch Thalidomid modulieren lässt. Wir konnten in unserem Experiment mit MK801 im Tiermodell mit der C57BL6 nestin-gfp Maus zu den Untersuchungszeitpunkten 1h, 24h und 4 Wochen konsistent eine signifikante Steigerung der BrdU+ Zellen beobachten. Diese Zellen zeigten eine Tendenz zu höheren Reifungsstufen in den Differenzialfärbungen in Form von Typ-2, Typ-3 und BrdU/GFP/Calretinin+ Zellen (1h und 24h Gruppen) bzw. von BrdU/NeuN+ Zellen (4 Wochen Gruppen). In unserem zweiten Experiment mit Diazepam zeigte sich, dass Diazepam selbst Neurogenese induziert. Allerdings zeichnet sich die Neurogenese durch Diazepam nicht durch eine Tendenz zu höheren Reifungsstufen, sondern eher durch Typ-2, Typ-2a und BrdU+ Zellen ohne weitere Marker aus. Des Weiteren konnte durch die Applikation von Diazepam in Kombination mit MK801 eine Zunahme der Zellreifung der neuronalen Vorläuferzellen verhindert werden. Unser drittes Experiment hat gezeigt, dass Thalidomid selbst zu Neurogenese führt. Diese Neurogenese zeichnet sich durch höhere neuronale Reifungsstufen der Vorläuferzellen aus (Typ-3 und BrdU/GFP/Calretinin+ Zellen). Die Kombination von MK801 und Thalidomid führt vornehmlich zu Typ-2 und Typ-2b Zellen. Zusammenfassend folgern wir, dass es in der durch MK801 ausgelösten Neurogenese zu vermehrter Zellreifung der Vorläuferzellen kommt, welche sich durch Diazepam und Thalidomid modulieren lässt. Als Wirkungsmechanismen von MK801 in seinem Einfluss auf die Neurogenese haben wir u.a. NMDA-Rezeptoren auf neuronalen Progenitorzellen sowie den Einfluss von NMDA-Rezeptoren auf die Ausschüttung von inhibitorischen GABA aus Interneuronen des Hippocampus diskutiert. Wir konnten in unserem zweiten Experiment zeigen, dass Diazepam selbst zu Neurogenese führt. Dies haben wir durch die sehr frühe Innervation von jungen Neuronen durch gabaerge Synapsen und den daraus resultierenden Einfluss auf die Differenzierung und die Einbindung in das Netzwerk des DG erklärt. Durch Diazepam und somit den gabaergen Einfluss war es möglich die Induktion von MK801 zu verstärkter Zellreifung zu verhindern und die Erregungs- bzw. Krampfaktivität der mit MK801 behandelten Tiere deutlich zu senken. Dieses Ergebnis erklären wir uns ebenfalls durch die Synergie von Glutamat und GABA im Moosfaserkreislauf sowie durch die sehr frühe gabaerge synaptische Innervation von neugebildeten neuronalen Progenitorzellen, die der glutamatergen Innervation vorangeht. Thalidomid führt selbst zu Neurogenese mit Tendenz zu verstärkter Zellreifung. Die Kombination von Thalidomid mit MK801 führt vorwiegend zu neuronalen Progenitorzellen des Typs-2 und Typs-2b mit uneinheitlichen Daten der reiferen neuronalen Zellen. Auf der Ebene der Verhaltensbeobachtung lies sich eine Verlängerung der Anfallslatenz, der mit MK801 behandelten Tiere, durch Thalidomid beobachten. Als Erklärung dafür haben wir den Einfluss von TNF-alpha, NF-kappa-b sowie angiogenetischen Faktoren diskutiert.

The effects of MK 801 on neurogenesis in the dentate gyrus of the hippocampus are not exactly clear and widely unknown. In our experiment we tried to clear up these effects in a time series experiment. The description of neurogenesis was realized by the taxonomy of Kempermann et al. In addition we tried to modulate the observed effects on the one hand by activation of the gabaergic system (realized by application of Diazepam) and on the other hand by application of Thalidomide. The experiment with MK801 in our mouse model (C75BL6 nestin-gfp mouse) showed us in all points in time (1h, 24h, 4weeks) increased levels of BrdU+ cells in the experimental groups. These cells showed a tendency to higher maturation levels with type-2, type-3 and BrdU/GFP/Calretinin+ (1h and 24h groups) and BrdU/NeuN+ cells (4 weeks group). Our second experiment showed that Diazepam alone leads to neurogenesis. However this neurogenesis had no tendency to higher maturation but to type-2, type-2a and BrdU+ cells without other neuronal or astrozytal markers. Furthermore we were able to prevent the tendency to higher maturation of neuronal cells in our experiment by the combination of Diazepam and MK801. Our third experiment showed us that Thalidomide induced neurogenesis. This neurogenesis was characterized by higher maturation levels of neuronal precursors (type-3 and BrdU/GFP/Calretinin+ cells). The neurogenesis of the combination of Thalidomid with MK801 showed especially type-2 and type-2b cells. In summary we concluded that MK801 caused neurogenesis with tendency to higher maturation levels of neuronal precursors and that the modulation of this effect by the gabaergic system and Thalidomide is possible. As explanation for the effects of MK801 we discussed e.g. NMDA-receptors on neuronal progenitors and the effect of NMDA-receptors in inhibitory GABA transmission by hippocampal interneurons. We explained the proliferation effect of Diazepam on neurogenesis by the early gabaergic innervation of young neurons in the hippocampal circuit and the resulting impact on differentiation and integration in the dentate gyrus. By the application of Diazepam we realized to suppress the induction of higher maturation in precursor cells by MK801. In addition the arousal and seizure activity in MK801 treated animals was significantly lowered by Diazepam. We discussed the synergism of GABA and glutamate in the mossy fiber circuit and the early gabaergic innervation of young neurons to explain this result. Thalidomide leads to neurogenesis with higher maturation levels and the combination of Thalidomide with MK801 showed especially type-2 and type-2b cells. In the observation of behaviour Thalidomide caused a significant reduction in arousal latency in the MK801 treated animals. We explained this effect e.g. by the impact of TNF alpha, NF- kappa-b and other angiogenetic factors.