Glutamaterge Modulation der GABAergen synaptischen Transmission durch metabotrope Glutamatrezeptoren der Gruppe I sowie deren Einfluss auf die Synaptogenese in Hirnschnittpräparaten

Abstract

Die Aktivierung der Gruppe I metabotropen Glutamatrezeptoren (mGluR I) durch Quisqualat (QA) führte in Präparaten des Colliculus superior der Maus zu einer signifikanten Zunahme in der Frequenz von spontanen inhibitorischen postsynaptischen Strömen (sIPSCs) und Mini-IPSCs (mIPSCs). Ableitungen mit den Methode des perforierten Zellzuganges (perforated patch) zeigten während der mGluR1/5-Stimulation eine Abnahme der Amplitude von GABA-induzierten Cl-- Strömen sowie eine Depression der mIPSCs. Da dieser Effekt durch die gleichzeitige Applikation des membrangängigen PKC-Inhibitors Chelerythrin Chlorid verhindert werden konnte, scheint eine PKC-vermittelte GABAAR- Phosphorylierung während der mGluR1/5-Aktivierung wahrscheinlich. Die chronische Applikation der mGluR1/5-Antagonisten AIDA/MPEP während der Hirnschnittinkubation führte, nachgewiesen durch einen Anstieg der mIPSC- Frequenz nach dem Auswaschen der Antagonisten, zu einer Zunahme der spontanen GABA-Freisetzung. Davon abgeleitet wurde postuliert, dass die chronische Aufbewahrung in ACSF und mGluR1/5-Antagonisten die Zahl der GABA- Freisetzungsorte erhöht. Dies setzt allerdings voraus, dass neue Synapsen in akuten Hirnschnitte in sehr kurzer Zeit gebildet werden können. Tatsächlich verdoppelte sich die Anzahl, der in EM-Abbildungen gezählten synaptischen Strukturen von 2,5 h in vitro Hirnschnitte im Vergleich zu unmittelbar fixierten Schnittpräparaten des sCS. Die konfokale Auswertung immunhistochemisch gefärbter Hirnschnitte zeigte in der Gegenwart von AIDA/MPEP sogar eine 3-fache Zunahme der inhibitorischen synaptischen Strukturen. Darüber hinaus sind Gruppe I mGluR Antagonisten in der Lage zwei entscheidende Parameter der Zellfunktion und Zellhomöostase positiv zu beeinflussen. Sie bewirken eine raschere Erholung der intrazellulären neuronalen Ca2+-Konzentrationen und erhöhen die Aktivität der Ca2+-abhängigen PKC-Isoformen. Beide Effektoren sind nach neuronalen Läsionen gestört und werden allerdings für die inhibitorische Synapsenbildung gebraucht. Schlussfolgernd scheint, zumindest im frühpostnatalen Hirngewebe, die Zunahme der GABA-Freisetzung nach anhaltender mGluR1/5-Suppression auf eine gesteigerte inhibitorische Synaptogenese zurückzuführen zu sein.

In neurons from the neonatal mouse superior colliculus (SC) acute activation of group I metabotropic glutamate receptors (mGluR1/5) by quisqualate (QA) resulted in an increase in the frequency of spontaneous inhibitory postsynaptic currents (sIPSCs) and miniature IPSCs (mIPSCs). Perforated-patch recordings revealed a decrease in the amplitude of Cl--currents in response to exogeneous GABA (ICl(GABA)) during mGluR1/5-activation as well as a depression of mIPSCs. Since this effect was diminished by simultaneous application of the protein kinase C (PKC) inhibitor chelerythrine chloride (CC), a PKC-dependent GABAA-receptor (GABAAR) phosphorylation during mGluR1/5-activation is thought to be responsible. Prolonged exposure to the mGluR1/5 antagonists AIDA/MPEP during slice recovery was followed by a persistent enhancement of spontaneous GABA release, as evidenced by the increased frequency of mIPSCs after antagonist washout. We therefore considered the possibility that tissue maintenance in ACSF containing mGluR1/5 antagonists increases the number of GABA release sites, provided that new synapses can rapidly be formed in these acute slice preparations. Indeed, after 2.5 h in vitro the number of synaptic profiles counted in EM images from the neonatal mouse sSC slices doubled in comparison with the immediately fixed slice preparations. Counts from confocal images of immunostained sections showed that the presence of AIDA/MPEP produced an about 3 fold increase in the number of the inhibitory synaptic terminals, if compared with ACSF alone. Furthermore, by accelerating the recovery of neuronal resting intracellular Ca2+ concentration ([Ca2+]i) and by increasing the amount of Ca2+-dependent PKC activity, group I mGluR antagonists affected two major parameters of cell function which have been perturbed after the lesion and seem to be required for inhibitory synapse formation. Thus, at least in the immature brain, enhanced GABA release after prolonged suppression of mGluR1/5 activity may be attributed to facilitation of inhibitory synapse formation.