Pathophysiologie humaner CACNA1A-Mutationen bei paroxysmalen neurologischen Erkrankungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Spontane, Aktionspotenzial-unabhängige synaptische Exozytose und Neurotransmitterfreisetzung kommen an allen zentralen Synapsen vor. Diese spontane Transmitterausschüttung ist nicht nur eine versehentliche Freisetzung aufgrund insuffizienter Kontrollmechanismen, sondern scheint wichtige physiologische Aufgaben zu erfüllen. So trägt sie zur Regulation der Proteinexpression und Morphologie von Dendriten bei und moduliert z.B. das Entladungsverhalten von hemmenden Interneuronen. Die spontane Exozytose synaptischer Vesikel wird teilweise durch extrazelluläre Calciumionen reguliert: so wurde z.B. gezeigt, dass eine Erniedrigung der extrazellulären Calciumkonzentration eine Verminderung der Frequenz spontaner Transmitterausschüttungen bewirkt. Da extrazelluläres Calcium über membranäre spannungsabhängige Calciumkanäle in die präsynaptischen Terminale gelangt, sind präsynaptische Calciumkanäle wahrscheinlich an der Regulation der Miniatur-Aktivität beteiligt. Eine besonders schwere Form der autosomal dominant vererbten familiären hemiplegischen Migräne (FHM) manifestiert sich mit episodischen Kopfschmerzen, neurologischen Defiziten und einer Neigung zu Hirnschwellungen selbst nach leichten Schädel-Hirn-Verletzungen. Sie ist mit der S218L Mutation des CACNA1A-Gens assoziiert, das für präsynaptische spannungsabhängige P-/Q-Calciumkanäle kodiert. Auf Ionenkanalebene führt diese Mutation zu einer Erhöhung der stochastischen Öffnungswahrscheinlichkeit. Eine erhöhte Öffnungswahrscheinlichkeit präsynaptischer Calciumkanäle könnte wiederum zu einer Zunahme spontaner Calciumeinströme und somit zu einer erhöhten Frequenz von Miniatur- Freisetzungen führen. In diesem Projekt wurde in kultivierten hippokampalen Neuronen von S218L Knock-In Mäusen, die diesen Gendefekt tragen, mit elektrophysiologischen und fluoreszenzmikroskopischen Methoden Aspekte der spontanen Neurotransmission untersucht. Es zeigte sich, dass S218L Neurone eine erhöhte synaptische Exozytoserate aufweisen. Zudem war die Frequenz der erregenden spontanen postsynaptischen Ströme in S218L Neuronen deutlich stärker durch extrazelluläres Calcium reguliert. Diese Beobachtungen lassen vermuten, dass die spontane, Aktionspotenzial-unabhängige synaptische Exozytose und Neurotransmitterfreisetzung auch an pathophysiologischen Prozessen im Rahmen paroxysmaler episodischer neurologischer Erkrankungen wie Migräne und Epilepsie beteiligt ist. Die Auswirkungen der S218L Mutation auf die evozierte Freisetzung wird aktuell noch weitergehend untersucht.
