Calcium sensitivity of neurotransmitter release in a glutamatergic synapse of the central nervous system

Der Signalübertragung an chemischen Synapsen liegt ein Kopplungsmechanismus zwischen dem präsynaptischen Aktionspotential und der biochemischen Überträgerstoff-Ausschüttung zu Grunde. Dabei werden Ca2+-Kanäle geöffnet und ein Freisetzungssensor Ca2+-abhängig aktiviert, der schließlich die Überträgerstoff-Ausschüttung auslöst. In der vorliegenden Arbeit wurde die Abhängigkeit der Überträgerstoff-Ausschüttung von der intrazellulären Ca2+-Konzentration ([Ca2+]) in einer glutamatergen kelchförmigen Synapse in Stammhirnschnitten der Ratte unter Verwendung photolytischer Ca2+-Freisetzungen gemessen. Um [Ca2+]-Sprünge auf einer Zeitskala sowohl hervorrufen als auch messen zu können, die der schnellen Übertragungsgeschwindigkeit von glutamatergen Synapsen vergleichbar ist, wurde ein elektrophysiologischer Messstand mit einem schnellen Fluoreszenzdetektor und einem UV-Kurzpulslaser ausgestattet. Ein deutlich messbarer Anstieg der Überträgerstoff-Ausschüttung wurde bereits bei einer homogenen Erhöhung der präsynaptischen [Ca2+] von ca. 1 µM beobachtet. Der Spitzenwert der Freisetzungsrate wuchs mit mehr als der vierten Potenz der präsynaptischen [Ca2+]-Amplitude. Ein [Ca2+]-Sprung von mehr als 30 µM löste die Aktivierung aller zur Fusion unmittelbar bereitstehenden Vesikel innerhalb von 0,5 ms aus. Die in dieser Synapse beobachtete Beziehung zwischen der Freisetzungsrate und der präsynaptischen [Ca2+] wurde mit Hilfe eines kinetischen Modells quantitativ beschrieben. Ein Vergleich der Modellvorhersagen mit Freisetzungsraten, die in denselben Synapsen während eines Aktionspotentials gemessen worden waren, ergab, dass ein kurzer Anstieg der [Ca2+] auf weniger als 10 µM ausreicht, um den physiologischen Freisetzungsverlauf zu erklären. Die synaptische Überträgerstoff-Ausschüttung reagiert somit zumindest in manchen synaptischen Systemen empfindlicher auf Ca2+ als bisher angenommen.

Level thesis:degree_level

thesis.doctoral

Grantor dc:publisher

Universität Heidelberg

Year

2001

Author dc:creator

• Bollmann, Johann Heinrich

Contributors dc:contributor

• Sakmann, Bert

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http://www.ub.uni-heidelberg.de/archiv/1654

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oai:archiv.ub.uni-heidelberg.de:1654