Charakterisierung der Expression von Synaptopodin in der postnatalen Entwicklung des Hippocampus

Der postsynaptische Pol einer Vielzahl exzitatorischer Synapsen wird von charakteristischen Ausstülpungen der Zellmembran, sog. dendritischen Spines gebildet. Bei diesen handelt es sich um höchst dynamische Strukturen, welche auf synaptische Aktivierung mit der Änderung ihrer Form und Größe reagieren und deren Motilität auf der Reorganisation postsynaptischer Aktinfilamente beruht. Synaptopodin ist ein bisher wenig charakterisiertes Aktin-bindendes Protein, das überwiegend in dendritischen Spines vorliegt und eine starke Expression in Prinzipalneuronen des Telenzephalons aufweist. Innerhalb dieser Spines wurde Synaptopodin in der sog. PSD (post synaptic density) und im Spinehals nachgewiesen. Im Spinehals findet sich Synaptopodin in Assoziation an ein hochorganisiertes Cytoskelett-Kompartiment, den sog. Spineapparat. Eine entscheidende Rolle von Synaptopodin in der Bildung solcher Spineapparate geht aus Untersuchungen von Synaptopodin-knockout Mäusen hervor, bei denen in dendritischen Spines kein Spineapparat nachgewiesen werden kann. Diese Tieren zeigen zudem eine Verminderung hippocampaler LTP (long term potentiation) sowie Einschränkungen des Ortsgedächtnisses. <br>Die bisherigen Befunde ergeben ein Modell, in dem Synaptopodin durch die Bündelung von Aktinfilamenten die Spinemotilität moduliert und damit Prozesse der synaptischen Plastizität mitbestimmt. Dadurch wird es in unmittelbarem Zusammenhang mit höheren ZNS-Funktionen wie Lernen und Gedächtnis gesehen. <br>Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand in der genauen Charakterisierung des Expressionsmusters von Synaptopodin im sich entwickelnden Hippocampus und in der histologischen Zuordnung zu bestimmten hippocampalen Neuronenpopulationen. Dazu kamen in situ Hybridisierung, Immunhistochemie und Elektronenmikroskopie zum Einsatz. In einer Entwicklungsstudie wurde das räumliche und zeitliche Verteilungsmuster von Synaptopodin-mRNA und -Protein im Rattenhippocampus von der Geburt bis zum Alter von 1,5 Jahren verfolgt. Es zeigt sich, dass Synaptopodin-mRNA bereits zum Zeitpunkt der Geburt vorhanden ist und in ihrem Auftreten dem Muster der neuronalen Entwicklung folgt. Zum Zeitpunkt der Geburt wird Synaptopodin-mRNA vor allem in Pyramidenzellen der CA3 Region exprimiert. Am postnatalen Tag 6 (P6) tritt zusätzlich eine Expression in Pyramidenzellen der CA1 Region des Ammonhorns sowie in suprapyramidale Körnerzellen des Gyrus dentatus auf. An P9 wird Synaptopodin, ähnlich wie bei adulten Tieren, von allen Prinzipalneuronen des Hippocampus exprimiert. Während Synaptopodin-mRNA auf die Somata der Neurone beschränkt ist, liegt das Protein überwiegend in dendritischen Schichten vor. Synaptopodin-Protein lässt sich ab dem postnatalen Tag 5 detektieren und folgt in seiner Verteilung ebenfalls dem Muster der neuronalen Entwicklung. An P5 zeigt sich eine schwache Färbung des Statum oriens, welche an P9 stärker ausgeprägt ist und von einer Markierung des Stratum moleculare im Gyrus dentatus begleitet wird. Das adulte Verteilungsmuster mit einer Markierung aller dendritischer Schichten wird an P12 erreicht. Das Auftreten von Synaptopodin setzt somit zu einer Zeitphase ein, in der sich dendritische Spines entwickeln und verläuft parallel zu ihrer Reifung. Ferner sollte untersucht werden, ob Synaptopodin neben seiner Expression in Prinzipalneuronen des Hippocampus auch von spinetragenden Interneuronen exprimiert wird und allgemein als Marker spinetragender Neurone angesehen werden kann. Dazu wurden Kolokalisationsexperimente mit Synaptopodin-mRNA und interneuronalen Markerproteinen wie Calbindin, Calretinin und Parvalbumin durchgeführt. Dabei dienten Calbindin und Parvalbumin als Marker jeweiliger Untergruppen spineloser Interneurone, während Calretinin darüber hinaus auch in spinetragenden Interneuronen im Hilus und der CA3-Region des Hippocampus vorliegt. Zum ersten Mal wurde dabei nachgewiesen, dass Synaptopodin neben der Expression in Prinzipalneuronen auch in Interneuronen vorhanden ist. Synaptopodin konnte bei Ratten und Mäusen sowohl mit Calretinin als auch mit Calbindin und Parvalbumin kolokalisiert werden. Damit wurde ferner zum ersten Mal gezeigt, dass Synaptopodin nicht ausschließlich in spinetragenden, sondern auch in spinelosen Neuronen vorkommt. Diese Befunde implizieren eine weitere zellbiologische Rolle von Synaptopodin, die nicht mit dendritischen Spines und auch nicht mit dem Spineapparat im Zusammenhang steht. Diese Hypothese wurde dadurch gestützt, dass in spinetragenden, Calretinin-positiven Interneuronen elektronenmikroskopisch keine Spineapparate nachgewiesen werden konnten.

Author dc:creator

• Czarnecki, Kathrin

Contributors dc:contributor

• Frotscher, Michael

• synaptische Plastizität
• dendritische Spines
• neuronale Differenzierung
• hippocampal formation
• synaptic plasticity
• dendritic spines
• neuronal differentiation

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