Mechanismen und funktionelle Konsequenzen der unreifen Chlorid-Homöostase auf Neuronen und Netzwerke des zerebralen Kortex
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Unsere Studien zum Mechanismus der [Cl-]i-Homöostase haben gezeigt, dass in Cajal- Retzius Zellen und subplate-Neuronen die intrazelluläre Cl--Konzentration ([Cl-]i) hoch genug ist um depolarisierende GABA bzw. Glyzin-Antworten zu vermitteln. Die erhöhte [Cl-]i wird von einem Na+-abhängigen K+-2Cl--Kotransporter in der Isoform 1 (NKCC1) aufrechterhalten. Eine Expression des NKCC1 konnte auf RNA- und Proteinebene nachgewiesen werden. Durch eine Analyse der Kinetik der Cl--Aufnahme konnten wir erstmals zeigen, dass der Cl--Einwärtstransport eine extrem geringe Kapazität hat. Aufgrund der niedrigen Cl--Leitfähigkeit von Cajal-Retzius Zellen ist die Cl--Aufnahme aber ausreichend, um unter Ruhebedingungen eine hohe [Cl-]i zu erreichen. Einzelzelluntersuchungen an Cajal-Retzius Zellen und subplate-Neuronen zeigten, dass GABAerge bzw. glyzinerge Antworten in diesen Neuronen exzitatorisch und faszilitierend wirken, solange die Kapazität der Cl--Aufnahme nicht überschritten wird. Bei massiver GABAerger synaptischer Stimulation wird die Kapazität der Cl--Aufnahme überschritten und es können keine exzitatorischen Antworten aufrechterhalten werden. Untersuchungen von Feldpotentialen an hippocampalen Schnitten bzw. einer intakten Kortexpräparation invitro ergaben, dass eine Hemmung von GABAA-Rezeptoren eine disinhibierende Wirkung hat und entsprechend zu epileptiformer Aktivität führt. Eine Hemmung des NKCC1 vermittelten Cl--Transportes mit Bumetanid hatte modelabhängig sowohl hemmende als auch exzitatorische Wirkungen auf epileptiforme Aktivität. Eine Blockade von GABAA-Rezeptoren führte in-vivo und in-vitro zu Störungen der Migration kortikaler Neurone und neonatale kortikale Läsionen führten zu einer Veränderung der Expressionsmuster für Cl--Transportproteine. Insgesamt belegen diese Ergebnisse die wichtige Rolle des NKCC1 bei der [Cl-]i- Homöostase im unreifen ZNS und das depolarisierende GABA bzw. Glyzin Antworten komplexe Auswirkungen auf die Erregbarkeit haben. Insbesondere die niedrige Kapazität des Cl--Transportes könnte zu diesen komplexen Auswirkungen des GABAergen Systems beitragen. Daher ist es unerlässlich zu ermitteln, ob der Cl--Transport in allen unreifen Neuronen eine ähnlich niedrige Kapazität hat und ob diese niedrige Kapazität transiente Erregungsphänomene erklären kann. Da sowohl in Cajal-Retzius Zellen als auch subplate- Neuronen exzitatorische GABA- bzw. Glyzinwirkungen gefunden wurden, soll analysieren wer.den, ob diese Neuronentypen im unreifen Kortex in exzitatorische GABAerge Netzwerke integriert sind.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2004) Cl- uptake promoting depolarizing GABA actions in immature rat neocortical neurones is mediated by NKCC1. J. Physiol. (Lond.) 557: 829-841
Yamada J, Okabe A, Toyoda H, Kilb W, Luhmann HJ & Fukuda A
- (2006) Early developmental alterations of low-Mg(2+)-induced epileptiform activity in the intact corticohippocampal formation of the newborn mouse in vitro. Brain Res. 1077: 170-177
Moser J, Kilb W, Werhahn KJ, Luhmann HJ
- (2007) Changes in the expression of cation-Cl- cotransporters, NKCC1 and KCC2, during cortical malformation induced by neonatal freeze-lesion. Neurosci. Res. 59: 288-295
Shimizu-Okabe C, Okabe A, Kilb W, Sato K, Luhmann HJ, Fukuda A
- (2007) GABA-A receptors regulate neocortical neuronal migration in vitro and in vivo. Cereb. Cortex 17: 138-148
Heck N, Kilb W, Reiprich P, Kubota H, Furukawa T, Fukuda A, Luhmann HJ
- (2007) Kinetic properties of Cl- uptake mediated by Na+-dependent K+-2Cl- -cotransport in immature rat neocortical neurons. J. Neurosci. 27:8616-8627
Achillles K, Okabe A, Ikeda M, Shimizu-Okabe C, Yamada J, Fukuda A, Luhmann HJ, Kilb W
- (2007) Model-specific effects of bumetanide on epileptiform activity in the in-vitro intact hippocampus of the newborn mouse. Neuropharmacol., 3:524-33
Kilb W, Sinning A, Luhmann HJ
