Interferon-γ verstärkt die spontane GABAerge Transmission im Cortex cerebri der infantilen Ratte

Abstract

Neuroimmunologische Prozesse gewinnen in Forschung und Klinik zunehmend an Bedeutung. Einige immunologische Botenstoffe beeinflussen die Funktion von Neuro-nen. Interferon-γ (IFN-γ) ist ein proinflammatorisches Zytokin mit neuromodulatori-schen Eigenschaften. Im Cortex der adulten und juvenilen Ratte verstärkt IFN-γ γ-Aminobuttersäure (GABA)-vermittelte Ströme. Der Cortex von Ratten befindet sich an den postnatalen Tage 6-7 (P6-7) in einem Reifungsstadium, in dem die Entwicklung empfindlich gegenüber Veränderungen der elektrischen Aktivität ist. Bereits transient veränderte Inhibition könnte permanente Folgen für die Entwicklung des Cortex haben. Ich untersuchte mittels patch clamp Technik in akuten Hirnschnitten, ob die, zuvor bei älteren Ratten gezeigte, IFN-γ-vermittelte Verstärkung GABAerger Ströme auf Pyramidenzellen der Lamina V des somatosensorischen Cortex, auch im Alter P6-7 auftritt. Um eine korrekte Zellauswahl zu gewährleisten, färbte und visualisierte ich einige abgeleitete Zellen post hoc. IFN-γ erhöhte an P6-7 innerhalb von 25 Minuten, wie bei adulten und juvenilen Rat-ten, die Amplitude spontaner inhibitorischer postsynaptischer Ströme (sIPSCs). Im Gegensatz zu den älteren Tieren stieg auch die Frequenz der sIPSCs. Der Anstieg der sIPSC-Frequenz ging nicht mit einer erhöhten Erregbarkeit GABAerger Interneurone in Lamina V einher. Die Amplitude und Frequenz der IPSCs stiegen auch, wenn Akti-onspotentiale pharmakologisch unterdrückt wurden. Ein Stickstoffmonooxid (NO)-Donor führte zu einem Anstieg der sIPSC Frequenz, nicht jedoch der Amplitude. Inhibitoren des NO-Rezeptors lösliche Guanylylcyclase (sGC), sowie der induzierbaren NO-Synthase (iNOS) verhinderten den IFN-γ-vermittelten Anstieg der sIPSC Frequenz, nicht jedoch der Amplitude. Folglich wird der sIPSC-Frequenzanstieg via iNOS und sGC vermittelt. Der intrazellular applizierte Proteinkinase C Inhibitor Calphostin C ver-hinderte den durch IFN-γ vermittelten Anstieg der sIPSC Amplitude, nicht jedoch der Frequenz. Dies spricht dafür, dass dem Anstieg von Amplitude und Frequenz getrennte Mechanismen zugrunde liegen. Der Mechanismus des Anstiegs der Amplitude entspricht am ehesten dem, den wir bei älteren Tieren beobachteten, d.h. eine Proteinkinase C-abhängige Erhöhung der GABAA-Rezeptoranzahl. Die Effekte auf Amplitude und Frequenz konnten nicht durch Auswaschen kurzfristig rückgängig gemacht werden. Außerdem führte IFN-γ zu einer paired pulse Fazilitation, die wir bei älteren Tieren nicht beobachteten und die sich nicht mit dem NO-Donor nachahmen ließ. Da der Cortex in dem untersuchten Alter vulnerabel gegenüber verstärkter GABAerger Transmission ist könnten, die beobachteten Mechanismen zu gestörter Hirnfunktion und Hirnentwicklung im Zuge inflammatorischer Zustände beitragen.

Neuroimmunological processes are increasingly important in research and clinical practice. Some immunological messengers influence the function of neurons. Interferon-g (IFN-g) is a pro-inflammatory cytokine with neuromodulatory properties. In the rat cortex, IFN-g enhances g-aminobutyric acid (GABA) -mediated currents. On postnatal days 6-7 (P6-7), the rat cortex is at a stage of maturation where development is vulnerable to changes in electrical activity. Even transiently increased inhibition can have permanent consequences for the development of the cortex. Using the patch clamp technique in acute brain slices, I investigated whether the IFN-gmediated enhancement of GABAergic currents on pyramidal cells of layer 5 of the somatosensory cortex, previously shown in adult and juvenile rats, also occurs at the critical age P6-7. To ensure correct cell selection, I stained some cells post hoc with biocytinstreptavidin and visualized them with a confocal laser microscope. IFN-g increased the amplitude of spontaneous inhibitory postsynaptic currents (sIPSCs) by P6-7 within 25 minutes, as in adult and juvenile rats. In contrast to the older animals, the frequency of sIPSCs also increased. The increase in sIPSC frequency was not associated with increased excitability of GABAergic interneurons in layer V. The amplitude and frequency of IPSCs also increased when action potentials were pharmacologically suppressed. An NO-donor led to an increase in sIPSC frequency, but not amplitude. Inhibitors of the NO receptor soluble guanylyl cyclase (sGC), as well as inducible NO synthase, prevented the IFN-g-mediated increase in sIPSC frequency, but not amplitude. Consequently, the sIPSC frequency increase is mediated via iNOS and sGC. The intracellularly applied protein kinase C inhibitor calphostin C prevented the IFN-g-mediated increase in sIPSC amplitude, but not frequency. This suggests that amplitude and quency increase upon IFN-g underlie separate mechanisms. The mechanism of the increase in amplitude is similar to the mechanism we observed in older animals, i.e. a protein kinase C-dependent increase in GABAA receptor count. The effects on amplitude and frequency could not be reversed in the short term by washout of IFN-g. In addition, IFN-g led to paired pulse facilitation, which was not observed in older animals and could not be mimicked with the NO-donor. Since the cortex is vulnerable to increased GABAergic transmission at the age studied, the observed mechanisms could lead to impaired brain development during inflammatory conditions.